地下水水文学是运用水文循环和水量平衡原理研究地下水形成、运动、水情和地下水资源的水文学分支学科。它和主要研究地下水起源、类型、分布、运动、化学成分的形成和地质环境的水文地质学关系密切，但研究内容各有侧重。

地下水是自然界的一种水体，地下径流是水文循环的一个环节，地下水资源是水资源的重要组成部分。所以地下水的研究，不仅有理论意义，而且在解决供水、排水和土壤盐渍化的防治等方面有实际意义。

公元16世纪以前，人们地下水的现象只限于直接观察和推测。柏拉图推测，地下有个巨大的洞穴，其中的水是河流的源头。中国唐代柳宗元在《天对》中记述了地下水在岩土空隙中的存在、渗入、蒸发和流动等现象。

从公元17世纪到20世纪初，科学家们通过观察、试验和分析，提出了一系列关于地下水形成和运动的重要概念、定律和方法。法国科学家佩罗研究了地下水毛细管上升现象；法国学者马略特测量了由雨水入渗补给的地下水量，得出了泉水是由降雨入渗补给的重要结论；1856年，法国工程师达西通过试验建立了地下水渗流的基本定律，奠定了地下水运动的理论基础；1863年法国学者裘布衣，根据实际的潜水面坡度很小的事实，作了一些简化和假定，运用达西定律导出了地下水井流公式；1870年德国人蒂姆改进了裘布衣公式，从而可用稳定流抽水试验来计算渗透系数等参数。这些工作，为地下水水文学的发展，奠定了基础。

进入20世纪后，由于生产的需要和科学技术的进步，地下水水文学逐渐形成一门独立的学科，并得到迅速的发展。1928年，美国学者迈因策尔论述了承压含水层的可压缩性和弹性，为地下水非稳定理论的建立准备了比较丰富的实践基础。

1935年，美国学者泰斯利用地下水非稳定流动和热传导之间的相似性，导出了著名的泰斯公式；1937年美国学者马斯克特在《均匀流体通过多孔介质的流动》一书中，用数学方法较系统地论述了地下水的运动；1930年荷兰水文工程师德赫莱用数学方法，分析了地下水渗过弱透水层的越流现象；地下水污染的研究，从20世纪60年代以后得到发展。

中国在1949年以后，在大面积范围内对地下水资源评价、地下水水位及开采量的预报、水文及水文地质参数的确定和地下水调节计算等方面作了许多工作，取得了成果。

地下水主要来自大气降水和地表水的入渗，在灌区还有灌溉水的入渗。入渗的水在地下经过重新分配，组成自然界水文循环的一部分。地下水水文学研究地下水在自然界水循环中的作用，研究它与降水、蒸发、地表水之间的联系和转化，它的补给、排泄、与此有关的水文和水文地质参数，以及地下水资源评价等。

地下水运动的基本定律是达西定律，可根据质量守恒原理和达西定律，推导出不同条件下地下水运动的数学物理方程。计算地下水运动的基本方法是，求出这些方程在各种初始条件和边界条件下的解。利用地下水运动方程的解，可以预测未来某时某地的地下水水位等水文要素，也可以计算导水系数等水文地质参数，为地下水资源评价提供可靠的依据。

地下水水情也称地下水动态，指地下水水位、水量、水质、水温等要素在自然和人为因素影响下发生的变化。研究这些变化规律，建立各要素在时间和空间上的定量关系。通常利用观测站和试验场，进行地下水观测和野外试验，利用取得的资料，计算水文和水文地质参数，评价地下水的补给量、储存量和允许开采量、监测地下水的水质以防止地下水的污染等。

地下水开发应在查明地下水资源的基础上统筹安排、合理规划。地下水的管理除了制订规划之外，还要建立地下水管理机构；进行水资源的合理调配；规定开采地下水的技术要求；保护水源，防止污染；防治因抽水引起的地面沉降或坍陷、海水入侵，以保证长期安全供水等。

地下水的形成与分布，同地质地理环境有密切联系。