animație de: Bramer
apa subterană este toată apa care a pătruns în suprafața pământului și se găsește într-unul din cele două straturi de sol. Cea mai apropiată suprafață este „zona de aerare”, unde golurile dintre sol sunt umplute atât cu aer, cât și cu apă. Sub acest strat se află „zona de saturație”, unde golurile sunt umplute cu apă. Pânza freatică este limita dintre aceste două straturi. Pe măsură ce cantitatea de apă subterană crește sau scade, pânza freatică crește sau scade în consecință. Când întreaga zonă de sub sol este saturată, inundațiile apar deoarece toate precipitațiile ulterioare sunt forțate să rămână la suprafață.
cantitatea de apă care poate fi ținută în sol se numește „porozitate”. Rata la care apa curge prin soleste „permeabilitatea”sa. Diferite suprafețe dețin cantități diferite de apă și absorb apa la rate diferite. Permeabilitatea suprafeței este extrem de importantă pentru monitorizarea hidrologilor, deoarece pe măsură ce o suprafață devine mai puțin permeabilă, o cantitate tot mai mare de apă rămâne la suprafață, creând un potențial mai mare de inundații. Inundațiile sunt foarte frecvente în timpul iernii și la începutul primăverii, deoarece solul înghețat nu are permeabilitate, provocând scurgerea majorității apei de ploaie și a apei topite.
apa care se infiltrează în sol curge în jos până când întâlnește rocă impermeabilă (prezentată în gri) și apoi călătorește lateral. Locațiile în care apa se mișcă lateral se numesc „acvifere”. Apele subterane revin la suprafață prin aceste acvifere (săgeți), care se golesc în lacuri, râuri și oceane. În circumstanțe speciale, apele subterane pot chiar să curgă în sus în puțurile arteziene. Fluxul de apă subterană este mult mai lent decât scurgerea,cu viteze măsurate de obicei în centimetri pe zi, metri pe an sau chiar centimetri pe an.