地下水循环以及各种动态要素（地下水位、水量、水温和水质等）随时间与空间而变化的现象和过程。地下水循环是指降水对含水层的补给、径流及排泄的过程。地下水水文特征受气象、水文、地质、地貌、生物以及人类活动的影响，具有周期性、区域性和随机性的特点。掌握地下水水文的规律，对制定地下水的开发利用方案，提供农业、工业和人畜用水以及防止地下水污染有重要的意义。

地下水的补给，径流与排泄，同含水层的水文地质条件密切有关。潜水的补给主要来自大气降水和地表水的下渗。水位高于潜水面的地表水体（如河流和湖泊）通过侧渗补给潜水。当承压含水层的水头高于潜水位时，承压水可越流补给潜水。潜水位的空间分布有高低起伏，因而在重力作用下侧向流动，以泉或渗出水的形式流出地表或流入地表水体中，是为水平排泄；潜水蒸发，亦称垂直排泄（见潜水蒸发）。承压含水层出露地面的部位，可得到降水、地表水下渗或侧渗补给。这个区域称承压水的补给区。补给区的地下水向承压区流动。若位于承压区上部的潜水面高于承压水面，则潜水可越流补给承压水。相邻承压含水层之间因压力水头的差异，也可以有越流补给或排泄。承压水最终可在地形低处流出地表或排入地表水体。潜水和承压水的渗透流动服从达西定律（见地下水运动）。地下水排入河流的水量构成河流的基流。

地下水水量系地下水的补给量、径流量和排泄量（包括人工开采量）的总称，除泉水流量和人工开采地下水量可在野外直接测量外，其余各量均需通过估算求得。地下水水质包括溶解气体（CO₂、O₂等），主要离子（Cl^-、、、、K^＋、Na^＋、Ca^2＋、Mg^2＋、等）、微量元素、细菌以及总矿化度、硬度、氢离子浓度（pH）等。地下水溶解物质的含量一般比同一地区的天然地表水为高。地下水不含或极少含有有机质；根据其化学性质作为饮用水或工业用水，一般也优于地表水。工业废水、城镇生活污水，废渣、垃圾，农业化肥农药，沿海地区过量抽取地下水引起海盐水入侵等均可污染地下水。地下水遭受严重污染后的再净化较之地表水更为困难。

地下水动态要素具有日变化和年变化的特征。日变化如潜水位在降雨后迅速上升，埋深浅的潜水蒸发与气温变化相对应，承压水面因气压日变化而波动等。都具有随机性。在特定的条件下，日变化亦可有周期性，例如沿海地区同海洋有水力联系的含水层的地下水位可有与潮汐相应的涨落现象。地下水温、水质的日变化一般不明显。在天然条件下年变化是因受降水、气温、植被和地表水体等因素的影响而起的。各个动态要素均呈现年变化。但这些变化，在垂直剖面上，浅处大于深处，到了一定的深度便趋于稳定。研究年变化的规律在地下水资源开发利用上具有更重要的意义。位于不同纬度和气候带的地下水动态有着很大的差异，例如在湿热多雨地带的平原，潜水埋深浅，年变幅小；而在干旱和半干旱地区，潜水埋深大，年变幅也大。在冲、洪积扇地区，从山地到山前平原，地下水埋深由大到小，至其前缘可接近地表甚至出露地面。水的矿化度由小变大，其化学成份往往由钙镁和重碳酸根离子为主逐渐变为以钾、钠、氯和硫酸根离子为主。

气候是影响地下水动态的主要因素。降雨和融雪水的入渗是地下水的直接补给来源，引起地下水位上升，泉水流量增大以及水质和水温的改变。气压对地下水位有时也有影响。气温对地下水温的影响随埋深的增大而减小，受气温影响的时间也相应滞后。临近地表的地下水水温，有明显的季节性变化，但到达一定深度则进入常温层，其温度大致等于当地的多年平均气温。局部循环到深处的地下水，因受地热的影响，水温上升，水质改变，这种水流出地面，便是温泉。与地表水体有水力联系的地下水位随地表水体水位的升降而波动，其程度同距离地表水体的远近和含水层本身的透水性能有关。在平原地区，地下水位的消退过程受潜水蒸发强度（见潜水蒸发）的影响，但也仅限于在一定埋深范围之内。丘陵山区地下水埋深一般较大，以水平排泄为主。地震、火山爆发和大型滑坡等突变性的地质现象，可引起地下水位的陡涨陡落、泉水流量的突然减小甚至消失和水质改变。井抽取地下水，引进地表水灌溉，开挖排灌渠道等水利措施，都要改变当地地下水的补给与排泄状况和过程。在中国南方平原地区的水稻田、在稻作季节，因入渗回归水补给地下水，地下水位上升接近地面，直到秋收后才逐渐下降。在中国北方，普遍春旱，抽取地下水灌溉，导致地下水位下降。局部地区因长期过量开采，地下水位逐年下降，地下水面分布呈漏斗状，称为降落漏斗。

地下水位过高，在干旱和半干旱地区容易导致土壤次生盐碱化；在湿润地区易造成渍害。过量开采地下水可导致地下水资源衰减乃至枯竭。地下水，与地表水相结合开发利用，有利于提高水资源利用的效益。