وهي المياه التي تتواجد في باطن الأرض وتنقسم على قسمين: الأول المياه الجوفية المتجددة أو تحت السطحية لأنها قريبة من سطح الأرض، وتعتمد في تغذيتها على مياه الأمطار أو التسربات الناتجة عن ترشيح وسريان مياه الأنهار والسيول. وأحواضها وكمياتها تكون صغيرة. أما الثاني: وهي المياه الجوفية العميقة غير المتجددة ويرجع تجميعها إلى العصور الجيولوجية القديمة.

تؤدي المياه الجوفية دوراً هاماً في المناطق الصحراوية لأنها المصدر الوحيد للمياه في الصحراء الغربية ولهذا أصبحت مناطق تجميع المياه الجوفية ذات أهمية كبيرة في كبد الصحراء، ففي العراق أخذ الناس يميلون إلى حفر الآبار من اجل الزراعة أو لأغراض الشرب، كما هو الحال في المزارع المنتشرة على حافة الصحراء الغربية والواقعة بالقرب من طريق كربلاء – نجف وطريق الزبير – صفوان حيث تسود زراعة الخضروات وخاصة الطماطة، وتقدر كمية المياه الجوفية المستخدمة في مجالات الري والاستخدامات الأخرى بحدود 2.4 مليار م3 سنوياً.

وتتمثل الأهمية الحقيقية للمياه الجوفية في شمال العراق من كونها أهم مصادر المياه لأنها تغذي روافد دجلة أثناء فصلي الصيف والخريف، كما انها تستخدم في الزراعة والاستخدامات البشرية الأخرى، وتتصف بغزارتها وعذوبتها بسبب تجددها السنوي من الأمطار والثلوج المتراكمة على الجبال العالية، اما المياه الجوفية في منطقة البادية الشمالية فتعد المصدر الرئيسي لمياه القبائل والبدو الرحل في الهضبة الغربية، وتعد منطقة الجزيرة من أكثر المناطق اعتماداً على المياه الجوفية في منطقة البادية الشمالية، وعموم مناطق البادية الشمالية بحاجة إلى إقامة السدود الترابية لتنمية وتطوير الخزين الجوفي للمياه خاصة وان المنطقة تتخللها مجموعة كبيرة من الأودية العملاقة كوادي حوران والخر والاغري والأبيض، كما تتصف المنطقة بوجود ظاهرة التخسف وتكوين البالوعات التي تؤدي دوراً هاماً في تغذية المياه الجوفية، وما ينبغي عمله من هذا المجال هو إقامة السدود لحصاد المياه، لأن تامين تغذية مكامن المياه الجوفية من خزانات هذه السدود الصغيرة هدف جوهري من إنشاء هذه السدود.

كما ينبغي استثمار تقنيات الاستشعار عن بعد وتوظيفها في مجال تنمية وتطوير المياه الجوفية عن طريق إعداد خرائط وصور جوية تفصيلية عن التراكيب الجيولوجية والظواهر الجيومورفولوجية التي تدلل على وجود المياه الجوفية. ومن أكبر المكامن المائية في الهضبة الغربية هو مكمن الدمام الذي يعد أهم مكمن إقليمي، إذ يمكن استثمار مياهه من خلال حفر آبار قليلة العمق نسبياً، كما ان خزينه الجوفي الكبير وسرعة استرجاعه للمنسوب عند توقف عمليات الضخ ميزة أخرى تشجع على استثمار مياهه، ومن الأحواض المهمة الأخر هو حوض الحماد وتقدر كميات المياه المتجددة وغير المتجددة فيه بحدود 2.5 مليار م3.

اما المياه الجوفية في وسط وجنوب العراق فهي تتواجد بكميات كبيرة في أعماق قليلة جداً وتتراوح اعماقها بين 1-3 أمتار، ومصدر التغذية لها الأنهار وفروعها فضلاً عن مياه الأمطار، وتتصف بارتفاع نسبة الملوحة فيها والتي تتراوح بين 20-30 غم/ لتر وهي في تزايد بسبب عمليات الخاصية الشعرية وارتفاع نسبة الملوحة فيها يجعل الاستفادة منها في الاستخدامات البشرية محدودة.