Bayangkan spons basah. Air tidak harus membentuk kolam di dalamnya; air dapat mengisi celah-celah kecil di antara bahan spons. Gambaran ini membantu memahami banyak akuifer, meskipun batuan dan sedimen nyata jauh lebih rumit. Akuifer merupakan lapisan pasir, kerikil, batuan, atau sedimen yang cukup berpori dan cukup mudah dilalui air sehingga mampu memasok sumur atau mata air.
Ada dua sifat penting. Porositas menunjukkan banyaknya ruang kosong dalam material, sedangkan permeabilitas menggambarkan seberapa mudah air bergerak melalui ruang yang saling terhubung. Material dapat memiliki banyak pori, tetapi jika porinya sangat kecil atau tidak saling terhubung, air sulit mengalir. Itulah sebabnya tidak semua lapisan yang basah merupakan akuifer yang produktif.
Sebagian air hujan masuk ke permukaan tanah melalui infiltrasi. Air ini mula-mula dapat tertahan sebagai kelembapan tanah, digunakan tumbuhan, atau kembali menguap. Hanya sebagian yang bergerak cukup dalam hingga mencapai zona jenuh dan menjadi pengisian kembali akuifer (recharge). Kecepatan dan besarnya pengisian berbeda menurut tanah, batuan, tutupan lahan, kemiringan, intensitas hujan, dan kondisi geologi.
Di bawah permukaan, air tanah bergerak melalui pori dan retakan karena perbedaan energi hidraulik. Gerakannya tidak selalu lurus ke bawah dan umumnya tidak menyerupai sungai bawah tanah yang mengalir deras. Air dapat bergerak ke samping menuju mata air, sungai, atau laut. Pada beberapa batuan yang sangat permeabel, alirannya relatif cepat; pada material lain, perjalanannya dapat memakan waktu sangat lama.
Akuifer juga tidak selalu terbuka langsung ke permukaan. Ada akuifer bebas, yang bagian atas zona jenuhnya membentuk muka air tanah, dan akuifer tertekan, yang berada di antara lapisan yang lebih sulit dilalui air. Dalam kondisi tertentu, tekanan di akuifer tertekan dapat mendorong air naik dalam sumur artesis.
Masalah muncul ketika pemompaan berkepanjangan lebih besar daripada pengisian dan pasokan masuk lainnya. Muka air atau tekanan dapat turun; sumur melemah, aliran ke sungai berubah, dan di kawasan pesisir risiko intrusi air asin dapat meningkat. Tidak semua dampak terjadi di setiap lokasi. Karena itu, melindungi akuifer memerlukan pengukuran, pengaturan pengambilan, penjagaan daerah resapan, serta pencegahan pencemaran.