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地下水主要来源于大气降水和地表水的入渗补给；同时以地下渗流方式补给河流、湖泊和沼泽，或直接注入海洋；上层土壤中的水分则以蒸发或被植物根系吸收后再散发入空中，回归大气，以及地球上发生的溶蚀、滑坡、土壤盐碱化等过程。
形成：靠近地下的土层比较疏松，孔隙大，地面上的雨水、雪水、水蒸气等就会沿着空隙渗透下去，其中沙质土壤渗下的水最多，如果有不渗水的岩层挡住了水的去路，或是地球表面下有断裂层，或是有溶洞，水就会聚集在一块，形成地下水层。
地下水的天然形成能力，用单位面积地下水天然补给资源量（补给模数）来反映。地下水天然补给资源量，是指自然条件下，地下水系统中参与现代水循环的可更新地下水量。
主要取决于三个方面：一是水的补给来源，如降雨量大小、降雨时空分布、河流湖泊状况等；二是地表的入渗条件，例如沙土地比粘土地的入渗条件要好些，石灰岩地区比花岗岩地区的入渗条件要好些；三是地下蓄水能力，包括含水层的孔隙性、裂隙性、地下水埋藏深度等。受自然条件、地质结构、蓄水能力等因素的影响，我国地下水产水能力的地区性差异较大。