آب‌های زیرزمینی به آب‌هایی گفته می‌شود که در لایه‌های آب‌دار و اشباع زیر زمین تجمع پیدا کرده است. این آب‌ها فقط حدود ۴ درصد از مجموعه آب‌هایی را که فعالانه در چرخهٔ آب‌شناختی دخالت دارند، تشکیل می‌دهد. با این وجود حدود ۵۰ درصد جمعیت دنیا از نظر آب شرب متکی به همین آب‌های زیرزمینی هستند و با حفر چاه می‌توان از آب‌های زیرزمینی بهره‌برداری کرد. 
آب زیرزمینی، آب موجود در زیر سطح زمین، منافذ خاک و شکستگی‌های سازه سنگی است. هنگامی که یک واحد سنگی یا یک رسوب غیر محکم (کانسار) آورد قابل توجهی از آب ایجاد کند، آبخوان نامیده می‌شود. عمقی که در آن، منافذ خاک یا شکستگی‌ها و حفره‌های موجود در سنگ‌ها کاملاً از آب اشباع‌شده باشند، سطح ایستابی خوانده می‌شود. آب زیرزمینی از سطح تغذیه می‌شود؛ و ممکن است در سطح زمین نیز به صورت طبیعی در قالب چشمه‌ها و تراوشات طبیعی تخلیه شده و واحه‌ها یا تالاب‌هایی را به وجود آورد. آب‌های زیرزمینی، اغلب برای مصارف کشاورزی، شهری و صنعتی از طریق چاه برداشت می‌شوند. مطالعهٔ توزیع و حرکت آب‌های زیرزمینی، آب‌زمین‌شناسی یا هیدرولوژی آب زیرزمینی نامیده می‌شود.