Dünya'daki tatlı suyun büyük bölümü, sanıldığı gibi göllerde ve nehirlerde değil, kutuplardaki buzullarda ve yerin altında bulunur. Buzullar dışarıda bırakıldığında, kullanılabilir tatlı suyun büyük çoğunluğunun yer altı sularından oluştuğu görülür. Bu sular, gözümüzle göremediğimiz için çoğu zaman göz ardı edilir. Oysa dünya genelinde milyarlarca insan, içme suyunun önemli bir kısmını yer altı sularından sağlar. Tarımda kullanılan suyun da büyük bir kısmı, kuyular aracılığıyla yerin derinliklerinden çekilmektedir.

Yer altı suları, yağmur ve kar sularının toprağa sızmasıyla oluşur. Yeryüzüne düşen yağışın bir kısmı buharlaşır, bir kısmı yüzeyde akarak nehirlere ve göllere ulaşır, bir kısmı ise toprağın içine doğru süzülür. Toprağa sızan su, yerçekiminin etkisiyle aşağı doğru ilerleyerek toprak ve kayaçların içindeki gözenekleri ve çatlakları doldurur. Belirli bir derinlikten sonra bütün gözenekler suyla tamamen dolar. Bu suya doygun bölgenin üst sınırına yer altı su seviyesi adı verilir.

Pek çok kişi, yer altı sularının yerin altında akan nehirler ya da göller biçiminde bulunduğunu düşünür. Kireçtaşı bölgelerindeki mağaralarda gerçekten yer altı nehirleri bulunabilir; ancak yer altı sularının büyük bölümü bu biçimde değildir. Çoğunlukla su, kum, çakıl ve gözenekli kayaçların taneleri arasındaki küçük boşluklarda depolanır. Bu durum, ıslak bir süngerin içindeki suya benzetilebilir. Süngerin içinde bir su havuzu yoktur; ancak sayısız küçük gözenek suyla doludur.

Suyu depolayabilen ve kolayca iletebilen kayaç ve tortu katmanlarına akifer adı verilir. İyi bir akifer, hem bol miktarda gözeneğe sahip olmalı hem de bu gözenekler birbirine bağlı olmalıdır. Kum ve çakıl katmanları ile çatlaklı kayaçlar, genellikle iyi akiferler oluşturur. Kil gibi çok ince taneli katmanlar ise çok fazla su içerebilmelerine karşın suyu çok yavaş iletir. Bu tür katmanlar, akiferlerin üstünde ya da altında geçirimsiz bir örtü işlevi görebilir.

Yer altı sularının en önemli özelliklerinden biri, son derece yavaş hareket etmeleridir. Nehirlerdeki su saniyede metrelerce yol alabilirken, yer altı suyu bir günde ancak birkaç santimetre ya da birkaç metre ilerleyebilir. Bu nedenle toprağa sızan bir yağmur damlasının bir akiferde ne kadar süre kalacağı, birkaç günden binlerce yıla kadar değişebilir. Bazı derin akiferlerde bulunan suyun, son buzul çağı döneminde ya da daha da önce toprağa sızdığı bilinmektedir. Bu tür sulara fosil su adı verilir.

Fosil sular, yenilenmeyen bir kaynak niteliği taşır. Örneğin Kuzey Afrika'daki Sahra Çölü'nün altında, binlerce yıl önce bölgenin çok daha nemli olduğu dönemlerde birikmiş dev akiferler bulunur. Bugün bu bölgeye çok az yağış düştüğü için bu akiferler, kullanılan suyun yerine yenisinin konması açısından neredeyse hiç beslenmez. Bu sulardan yararlanmak, bir banka hesabındaki birikimi, yerine para yatırmadan harcamaya benzer. Bir gün hesap tükenebilir.

Dünyanın pek çok bölgesinde yer altı suları, doğal olarak beslenme hızlarından çok daha hızlı biçimde çekilmektedir. Bu durum, yer altı su seviyelerinin sürekli olarak düşmesine yol açar. Bazı tarım bölgelerinde çiftçiler, su seviyesi düştükçe kuyularını giderek daha derine kazmak zorunda kalmaktadır. Hindistan'ın kuzeyinde, Orta Doğu'nun bazı bölgelerinde ve Amerika'nın büyük ovalarında yer altı su seviyelerinde ciddi düşüşler gözlenmiştir. Uydular aracılığıyla yapılan kütle çekimi ölçümleri, bazı bölgelerde yer altı sularında büyük kayıplar yaşandığını ortaya koymuştur.

Yer altı sularının aşırı çekilmesi, başka sorunlara da yol açabilir. Gözeneklerdeki su çekildiğinde, bazı tortu katmanları sıkışarak yer yüzeyinin çökmesine neden olabilir. Bu duruma yüzey çökmesi adı verilir. Meksika'nın başkenti gibi bazı büyük kentler, yer altı sularının aşırı kullanımı nedeniyle her yıl birkaç santimetre çökmektedir. Kıyı bölgelerinde ise aşırı su çekimi, deniz suyunun akiferlere sızmasına ve tatlı su kaynaklarının tuzlanmasına yol açabilir. Daha önce ele aldığımız obrukların bir kısmı da bu süreçle ilişkilidir.

Yer altı suları, kirliliğe karşı da savunmasızdır. Tarımda kullanılan gübreler ve tarım ilaçları, sanayi atıkları, çöp alanlarından sızan sıvılar ve bozuk kanalizasyon sistemleri, yer altı sularını kirletebilir. Yer altı suları çok yavaş hareket ettiği ve doğrudan gözlemlenemediği için kirliliğin fark edilmesi uzun zaman alabilir. Bir kez kirlenen bir akiferin temizlenmesi ise son derece zor, pahalı ve uzun bir süreçtir. Bu nedenle uzmanlar, kirliliği önlemenin temizlemekten çok daha akılcı olduğunu vurgular.

Yer altı sularının sürdürülebilir biçimde yönetilmesi, iklim değişikliğiyle birlikte daha da önemli hâle gelmektedir. Kuraklık dönemlerinde yüzey suları azaldığında, yer altı suları önemli bir güvence işlevi görür. Bu görünmeyen rezervuarları korumak, yalnızca bugünün değil, gelecek kuşakların da su güvenliğini sağlamak anlamına gelir.