هناك ثلاث مصادر رئيسية للمياه الجوفية :

1- المياه السطحية Meteoric water يكون هذا النوع من المياه نسبة عالية من المياه الجوفية ومصدرها الامطار والثلوج المذابة والمياه المترشحة من الانهار والبحيرات خلال الطبقات الصخرية.

2- المياه الازلية (الجيولوجية) Conate water توجد في الطبقات أثناء الترسيب في البيئات المائية وتحتل هذه المياه مسامات الرسوبيات.

3- المياه الباطنية Plutonic Water ترتفع هذه المياه من الاعماق البعيدة لباطن الارض لتصل السطح .

في الصحاري العراقية يمكن العثور على المياه الجوفية خصوصاً في المناطق التي تتجمع فيها مياه الامطار والمياه الجارية على سطح الارض بعد أن تتسرب الى داخلها .

من أهم مميزات المياه الجوفية حرارتها والتي تكون أوطأ من حرارة الهواء في الصيف ، تتأثر حرارة المياه الجوفية بتغير الحرارة خلال فصول السنة الأربعة وكذلك انتقال الحرارة من باطن الارض وتسخينها للمياه .

توجد في المياه الجوفية أملاح أهمها الكالسيوم والصوديوم والكاربونات والبيكاربونات والسلفات والكلوريدات ، فهي موجودة بنسب ملحوظة وتعتمد هذه النسب على عمل المياه وطبيعة الطبقات المارة بها تلك المياه .

تعد مصادر المياه الجوفية في العراق ضعيفة بشكل عام ، على الرغم من التوضيح الذي تبينه الدراسات الهيدروجيولوجية والذي أكدت انتشار الطبقات الحاملة للمياه الجوفية وهي عبارة عن صخور رملية وكلسية . خصوصاً في مناطق السهل الرسوبي ، حيث تقوم الزراعة منذ أقدم العصور .

وتقدر كمية المياه الجوفية المعدة للاستعمال في العراق بنحو (2مليارم3) .

كما تشير إحصائيات أخرى الى كمية ونسب المياه الجوفية في العراق المعدة للاستهلاك حيث تشير الى أن كمية الاستخراج الآمن يصل الى (2 مليار م3) ، اما الاستخراج الفعلي فتصل الكمية الى (513 مليون م3) ، أي ما يشكل نسبته 26%.

تمثل المياه الجوفية مصدر مضافاً لسد الاحتياجات المائية وخاصة في المناطق الصحراوية وبعض أجزاء منطقة الجزيرة ومناطق واسعة من شمال العراق ، وهي تشكل البديل الرئيسي للمياه السطحية في هذه المناطق بسبب بعد او عدم توفر المياه السطحية فيه ، وان هذه المناطق تشكل مساحة واسعة تقدر بـ (60%) من مساحة العراق الاجمالية وان استغلال المياه الجوفية في العراق مازال محدوداً حيث يوجد حتى نهاية عام 1999 (47ألف بئر) .

وتقدر كمية المياه الجوفية الاحتياطية المتجددة في العراق بنحو (3.5مليار م3) منها (930 مليون م3) في الصحراء الغربية ، وان نسبة ما يستغل من المياه الجوفية في المنطقتين الشمالية والوسطى لا يتجاوز (20 – 25%) في حين لاتتجاوز نسبة الاستغلال في منطقة الصحراء الغربية عن (0.2%) فقط .

أن أمر كهذا يتطلب المزيد من مواصلة أعمال الكشف والرصد والاستقصاء والبحث المتنوعة والمتعلقة بالمياه الجوفية من حيث أحجام هذه المياه واعماقها ونوعياتها وخصائصها .

تتكون خزانات المياه الجوفية في العراق من ترسبات طميية واسعة النطاق مصدرها نهري دجلة والفرات ، وتضم تكوينات ما بين النهرين الفتاتية والكربونية ، أما الخزانات الطميية فطاقتها محدودة بسبب رداءة نوعية مياهها ، ( أما خزانات  ما بين النهرين الفتاتية عند السفوح الشمالية الغربية فتتكون  من تكوينات الفارس والبختياري والترسبات الطميية) .

تكوينات (الفارس) قوامها الانهايدرايت والجص متداخلين مع الصخور الكلسية ، وهي تغطي مساحة واسعة من العراق . اما تكوين (البختاري) + (التكوينات الطمية) فقوامها مجموعة من المواد تشمل الطين الخشن والرمل والجص والرصيص والجلمود وتصل كثافتها (6000م) وتتراوح ملوحة مياهها بين (300 – 1000 جزء /مليون).

تقع المياه الجوفية العراقية ضمن الخزانات المائية المترسبة الممتدة بين شبه الجزيرة العربية وجزء من سوريا والاردن (منطقة الحماد) وتشمل:

1- الخزانات الباليوجينية: تتكون من حجر الكلس والدولومايت وتكون على شكل هضاب في جنوب العراق، الا انها تمتد لمساحات شاسعة محاذية لصفيحة الأرض في سوريا وشرق الاردن وشملال غرب وشرقي السعودية والخليج العربي والاطراف الجنوبية للربع الخالي في اليمن وعمان .

2- الخزانات العميقة نسبياً (تكوين الفارس الاعلى والاسفل): تتكون من جص يتداخل معه حجر الكلس ، يمتد في الانحاء الجنوبية في العراق كما يمتد ليشمل الاراضي السورية (تكوينات الجزيرة) وتعود الخزانات الكلسية الى الحقبة الثالثة من الزمن الجيولوجي .

3- خزانات الرطبة: وهي تكوينات رملية تعود الى حقبة الباليوزي والعصر الطباشيري وتمتد أيضاً لتشمل جزء شرقي السعودية وجنوب الاردن ، هذه الخزانات تقع في أعماق سحيقة من الأرض .

4- توجد مياه جوفية متجددة في الوديان الضحلة العائدة للحقب أو الزمن الجيولوجي الرباعي ، وكذلك في الترسبات المتراكمة في السهول الفيضية وأعماق الأنهار وهي ذات نوعية جيدة وكثيراً ما تتغذى من الأنهار الدائمة والتدفق الفيضي . وتتضمن الخزانات المائية الضحلة في العراق احتياطيات مياه جوفية في ترسبات طميية وتكوينات كلسية وهي كافية لتلبية الاحتياجات من المياه ، كما تسحب هذه المياه من مجموعة الدول العربية الواقعة ضمن نفس الحوض.