Le acque sotterranee fanno parte del ciclo dell'acqua. Si formano infatti in seguito all'infiltrazione nel terreno di acque meteoriche o di acque superficiali, come ruscelli e fiumi. Il suolo è un fattore particolarmente importante per la qualità delle acque sotterranee: è in grado di filtrare le particelle e gli agenti patogeni presenti nell'acqua nonché di trattenere e decomporre parzialmente le sostanze inquinanti disciolte.
Le falde sono masse d'acqua che imbevono il sottosuolo saturandone i vuoti. Si formano di solito dove uno strato o una serie di strati di rocce permeabili si sovrappone a un livello di rocce impermeabili che impedisce all'acqua di infiltrarsi ancora più in profondità e che costituisce il cosiddetto "letto della falda". La spinta continua derivante dalle acque di precipitazione o dai contributi di subalveo dei fiumi determina lo scorrimento della massa d'acqua, che segue l'andamento topografico del proprio letto, defluendo dai luoghi più elevati verso quelli più bassi, proprio come le acque di superficie. I valori di velocità di una falda sono infinitamente più piccoli di quelli dei corsi d'acqua superficiali: possono variare da qualche metro a qualche chilometro per anno.
Perforando il terreno di una pianura alluvionale si incontra dapprima una zona d'aerazione, in cui i pori tra un granello e l'altro del terreno sono occupati in parte da aria e in parte da acqua; segue una zona di saturazione, dove tutti i pori sono riempiti d'acqua, con al di sotto un primo strato impermeabile (solitamente argilloso). Il terreno compreso tra il livello in cui l'acqua inizia a saturare i pori e lo strato impermeabile sottostante costituisce un primo tipo di falda acquifera, detta freatica o "libera".
Più in profondità si possono incontrare altre falde acquifere delimitate sia nella parte inferiore che superiore da uno strato impermeabile. Queste falde vengono chiamate artesiane o "in pressione". L'acqua che le alimenta proviene dai livelli superficiali dove il terreno è permeabile e in contatto con la falda sovrastante, di conseguenza la zona di ricarica di una falda in pressione può trovarsi anche molto distante dalla falda stessa. Si parla di falda "in pressione" perché l'acqua al suo interno è effettivamente sottoposta ad una certa pressione grazie alla quale può risalire spontaneamente all'interno di un foro scavato nel terreno (ad esempio un pozzo). Il livello piezometrico è l'altezza a cui risale l'acqua di una falda artesiana qualora venga interrotto lo strato impermeabile superiore che la tiene imprigionata; esso è tale che la colonna d'acqua risulta in equilibrio con la pressione a cui è sottoposto il pelo della falda acquifera.
Per gli approvvigionamenti idrici, l'acqua contenuta nelle falde freatiche viene portata in superficie tramite pompe. Lo sfruttamento avvenuto negli ultimi decenni ne ha determinato il progressivo abbassamento. In alcune zone d'Italia bisogna perforare almeno fino a 100-150 m di profondità.
Nel Campo di Osoppo-Gemona e nella Pianura friulana è tipico il fenomeno delle risorgive: l'incontro tra il sottosuolo dell'alta pianura costituito da ghiaie grossolane e quello della bassa pianura composto da sedimenti più fini determina un innalzamento delle acque di falda per effetto della riduzione della permeabilità. Le acque che vengono a giorno dispongono di una temperatura di 9-12 °C e di una portata costante durante tutte le stagioni, sono acque limpide e spesso ricche di sostanze minerali.