بخشی از آب‌های سطحی در اثر نیروی جاذبه وارد محیط مخلخل خاک شده و به سمت پایین حرکت می‌کند. لایه‌های مختلف زمین از مواد و ترکیبات مختلف خاک شکل گرفته و در زمان‌های مختلف بوجود آمده‌اند. مجموعه عواملی نظیر جنس و اندازه دانه‌ها، میزان تخلخل، میزان تراکم، میزان ترک‌خوردگی،... باعت می‌شود بخش‌های مختلف فضای زیرزمین ظرفیت‌های متفاوتی برای جذب، ذخیره و انتقال آب داشته باشد. لایه‌هایی از زمین که به صورت نسبی ظرفیت بالاتری برای جذب، ذخیره و انتقال آب دارند آبخوان نامیده می‌شوند. به دلیل نفوذپذیری بیشتر این لایه‌ها، بخش اعظم آب نفوذ کرده در عمق زمین به صورت طبیعی جذب آن‌ها می‌شود. بسته به شرایط احاطه کننده آن، یک لایه آب‌دار می‌تواند مانند یک مخزن زیرزمینی آب را ذخیره و یا مانند یک رودخانه زیرزمینی آب را به لایه‌های مجاور و عمیق‌تر منتقل نماید. ابعاد این مخازن یا رودخانه‌های زیرزمینی می‌تواند از جند ده متر تا چند صد کیلومتر متفاوت باشد. به دلیل وابستگی شدید انسان به منابع زیرزمینی آب، شناسایی، مطالعه و مدیریت لایه‌های آب‌دار دارای اهمیت بسیار است.منابع زیرزمینی آب به صورت مستقیم یا غیرمستقیم از آب‌های سطحی و بارندگی تغذیه می‌شوند. بنابراین استفاده پایدار از این منابع به معنای برداشت محدود از آن‌هاست. در سال‌های اخیر در بسیاری از کشورهای جهان برداشت آب از منابع زیرزمینی از میزان تغذیه سالیانه آن‌ها بیشتر است. این امر به معنای استخراج و استفاده از آبی است که در طول هزاران سال در لایه‌های آب‌دار زمین ذخیره شده‌است. با این کار سطح آب‌های زیرزمینی در منطقه روز به روز افت کرده و سرانجام به جایی خواهد رسید که آبی برای استخراج وجود نخواهد داشت. پایین افتادن سطح آب‌های زیرزمینی به معنای خشک شدن مناطق پایین دست (مناطق با ارتفاع کمتر که آب جاری در لایه‌های آب‌دار تحت اثر جاذبه به سمت آن‌ها جریان می‌یابند) و از بین رفتن چاه‌ها، قنات‌ها و چشمه‌های آن است.در سال ۲۰۰۵ (میلادی) چین، هند و ایران رتبه‌های اول تا سوم برداشت بیش از حد از منابع زیرزمینی آب را داشته‌اند. ایران به طور متوسط سالانه پنج میلیارد مترمکعب آب بیش از ظرفیت لایه‌های آب‌دار زمین از آن‌ها بهره‌برداری می‌کند. این مقدار آب معادل آب مورد نیاز جهت تولید یک سوم کل غله تولیدی این کشور است. سطح آب‌های زیرزمینی در منطقه چناران در شمال‌شرقی ایران، که منطقه کوجک اما بسیار پراهمیتی برای کشاوزی است، در سالهای پایانی دهه نود میلادی به صورت میانگین ۲٫۸ متر در سال افت داشته‌است. چاه‌های حفر شده جهت تامین آب کشاوزی و همچنین تامین آب آشامیدنی شهر مشهد عامل این اتفاق بوده‌اند. (دانشنامه ویکی پدیا).
مزایای آب زیرزمینی:
1- دسترسی به آب های زیرزمینی در مناطق مختلف و اقلیم های متفاوت:در صورت مساعد بودن شرایط زمین شناسی امکان پذیر است، به ویژه در مناطق خشک و نیمه خشک منابع آب زیرزمینی نسبت به سایر منابع آب بیشتر در دسترس هستند.2- حجم نسبتاً زیاد آب ذخیره شده در آبخوان ها:برای مثال ذخیره ی تجدید شونده یا دینامیک آبخوان های موجود در دشت های ایران حدود 50 میلیارد مترمکعب است که به طرق مختلف از آن بهره برداری می شود.3- عدم تبخیر از سطح آب زیرزمینی:در عمق بیشتر از 5 متر امکان تبخیر و کاهش حجم آب نقصان می یابد و یا میزان آن قابل چشم پوشی می شود.4- عدم نیاز به سرمایه گذاری کلان جهت استخراج و انتقال آب زیرزمینی:ساختمان های بهره برداری از استخراج این منابع، چاه و قنات است. حفر و تجهیز چاه و قنات نیاز به سرمایه گذاری کلان ندارد و اغلب سرمایه گذاری از طرف مردم انجام می گیرد. همچنین به علت موقعیت فراگیر آب های زیرزمینی پس از استحصال، انتقال آن ها به محل مصرف مستلزم سرمایه گذاری زیادی نیست.5- مناسب بودن آب های زیرزمینی برای شرب به جهت کیفیت خوب و آلودگی کم آن:که معمولاً با کمترین عملیات تصفیه نیز قابل مصرف خواهد شد. همچنین دمای آب زیرزمینی معمولاً ثابت است.6- تطابق زمانی و مکانی مصرف آب زیرزمینی نسبت به دیگر منابع آب:به صورت طبیعی بیشتر امکان پذیر است و سرمایه گذاری اندکی را می طلبد. برای مثال، در زمان مصرف، چاه آب فعال و در غیر این صورت تولید آب متوقف می شود. به علاوه، اکثر چاه های آب در محل و یا نزدیکی محل مصرف حفر می گردند و انطباق مکانی دارند.7- اعمال مدیریت خصوصی و خصوصی سازی در مورد آب های زیرزمینی:از ایام قدیم رواج داشته است و در حال حاضر هم انجام می گیرد. علت این امر سرمایه گذاری مردم در این زمینه می باشد.
عوامل تهديدكننده منابع آبي كشور:
الف) افزايش جمعيت و توسعه شهرنشيني: رشد سريع جمعيت در چند سال اخير بستر‌های لازم براي توسعه شهرنشيني و تمركز جمعيت در بخش‌هاي خاصي از كشور را فراهم نمود. اين تمركز جمعيت در نواحي شهري در حالي صورت مي‌گيرد كه بسياري از شهرها فاقد زير بناهاي لازم براي پاسخگويي به نيازهاي جمعيت مي‌باشند. اين پديده تبعات مخرب زيادي بر محيط زيست شهرها به‌ويژه كلان‌شهرهايي نظير تهران و مشهد بر جاي گذارده است. اين آثار در ابعاد گوناگوني چون كيفيت آب و هوا، محل سكونت، آلودگي صوتي، مصرف انرژي، ترافيك و ناهنجاري‌هاي اجتماعي بروز نموده و بحران‌هاي زيست محيطي مختلفي را به همراه داشته است.اغلب شهرهاي ايران به دليل عدم برخورداري از يك آينده‌نگري و فقدان سيستم مستقيم و مستمر كنترل و هدايت رشد آن‌ ها، در دهه‌ هاي گذشته با رشد شتاباني مواجه بوده‌اند. مديريت‌ ها و طرح‌ريزي‌هاي شهري نيز بيشتر به پردازش چهره ظاهري شهرها تأكيد داشته و قوانين مصوبه نيز عمدتاً حدود و ثغور فعاليت‌ها را تنها در بعد فيزيكي مشخص كرده است. از اين رو، در بسياري از شهر‌ها مسئله تخليه فاضلاب‌ها مورد توجه قرار نگرفته است. با توسعه سريع شهرها و افزايش جمعيت حجم فاضلاب‌هاي تخليه شده در منابع پذيرنده افزايش چشمگيري يافت، به طوري كه بسياري از منابع پذيرنده قادر به پالايش آن‌ها نبوده و ابعاد اين آلودگي‌ها از محدوده شهرها فراتر رفته و مناطق دوردست را نيز مورد تهديد قرار داده‌اند.تخليه پسماندهای شهري در مكان‌هاي نامناسب يكي ديگر از منابع اصلي آلودگي آب‌هاي سطحي و زيرزميني است. متأسفانه در اكثر قريب به اتفاق شهرهاي كشور زباله‌ها در حاشيه شهرها و حتي در جوار منابع آبي دفع مي‌شوند. ورود مقادير زيادي از شيرابه‌ها از مكان‌هاي دفع كه حاوي انواع مواد خطرناك مي‌باشند مي‌توانند، لطمات جبران ناپذيري را بر منابع آب محدود كشور وارد نمايند.رشد سريع شهرنشيني در ايران، مانع از اتخاذ تدابير لازم براي حفاظت از محيط زيست شهري به‌طور عام و منابع آبي كشور به‌طور خاص شده است. ضعف اين اقدامات به‌ويژه در زمينه آلودگي منابع آبي سطحي و زيرزميني كاملا مشهود بوده و ابعاد اين مخاطرات هر روز گسترده‌تر مي‌گردد. بنابراين، چنانچه تدابير لازمي در اين مورد اتخاذ نگردد و با توجه به كمبود منابع آب كشور در نتيجه خشكسالي‌ها و تغيير الگوهاي زندگي مي‌تواند زمينه‌ساز بحران‌هاي جدي در كشور باشد. ب) توسعه صنعت و كشاورزي: رشد سريع صنايع در كشور ناشي از ضرورت تأمين نياز به اشتغال جمعيت رو به رشد به‌ويژه در مناطق شهري بوده است، به گونه‌اي كه بسياري از مراكز و واحدهاي صنعتي در حاشيه شهرهاي بزرگ مستقر شده‌اند. متأسفانه، در خلال صنعتي شدن كشور ملاحظات زيست‌محيطي كمتر مورد توجه قرار گرفته و اين روند بيشتر متأثر از مؤلفه‌هاي اجتماعي، اقتصادي و گاه سياسي بوده‌اند. اين رويكرد باعث ازدحام صنايع در مناطقي خاص از كشور گرديد، كه اين پديده به ‌نوبه خود مشكلات زيست‌محيطي عديده‌اي را در پي داشته و تبعات فعاليت‌هاي آن‌ها، به ويژه فاضلاب‌هاي صنعتي، بسياري از منابع زيست محيطي از جمله منابع آبي كشور را در معرض انواع آلودگي قرار داده است. تخليه پساب‌هاي صنعتي به رودخانه‌ها چه به‌صورت مستقيم و چه از طريق آب‌هاي هرز سطحي، موجب آلودگي شديد آن‌ها مي‌شود. نظر به اين‌كه يكي از ويژگي‌هاي مكان‌يابي مراكز شهري ايران، استقرار آن‌ها در كنار منابع آب به‌ويژه رودخانه‌ها است، رودخانه‌ها ساده‌ترين وسيله جابه‌جايي و دور كردن پساب‌ها تلقي مي‌شوند. با آلودگي رودخانه‌ها به‌ويژه با پيچيده‌تر شدن تركيب شيميايي مواد آلوده‌كننده، روغن‌هاي سنگين و ساير پساب‌هاي حاوي مواد خطرناك نه تنها بستر آن‌ها، بلكه آبريزهاي نهايي آن‌ها يعني درياچه‌ها، حوضه‌هاي بسته داخلي و سواحل درياها نيز آلوده شده است.