在地质学上含水层常指土壤通气层以下的饱和层，其介质孔隙完全充满水分。含水层种类有许多种，其中如含水层上下为不透水地层直接覆盖，地下水充满两层不透水层简称为受拘限含水层。若地下水面之上无不透水层，则水面即为地下水位，称为非拘限含水层。

含水层不但具有对水的容纳能力，而且具有允许相当数量的水透过的性能。可容纳一定的水，但不允许水自由透过的岩土称为隔水层，如粘土层。划分含水层与隔水层的标志不在于岩层是否含水，而是所含水的性质。空隙细小的粘土层几乎含的是结合水，结合水在自然条件移动非常困难，所以是隔水层。空隙较大的砂砾石层，主要含有重力水，在重力作用下能透过或排出水，就是含水层了。

一般情况下，渗透系数大于1米/昼夜的岩层均可认为透水，呈层状称透水层，呈带状称透水带;而渗透系数小于0.001米/昼夜的岩石则称为不透水的，同样按其形状称为隔水层、隔水带等。渗透系数介于1～0.001米/昼夜者为半透或弱透水层。只有透水层才有可能是含水层。但是，透水层又不等于是含水层，透水层要成为含水层还必需具备一定条件，那就是其下部有不透水层或弱透水层存在，才能保证流入透水层中的水聚集和储存起来。此外，应具有水量的补给来源，这不仅是形成含水层的一个必备条件. 而且关系到含水层水量的大小。

中国常采用通过野外抽水试验获得的井孔单位涌水量，来划分含水层的富水性强弱。单位涌水量指抽水试验时井孔中水位每下降1m时，单位时间流入井孔中的水量，即单位涌水量q=Q/S。

式中q为井孔单位涌水量，L/s·m；Q为井孔涌水量，L/s；S为井孔水位降深，m。富水性强的q大于1.0L/s·m；富水性中等的q为1.0～0.1L/s·m；富水性弱的q小于0.1L/s·m。

可按空隙类型、水力学条件、渗透性空间变化和富水性划分。

(1)含水层根据含水岩(土)层空隙类型可分为孔隙含水层、裂隙含水层和喀斯特含水层三类。①孔隙含水层。指以含孔隙水为主的含水层，主要是松散沉积物(砂砾石含水层、砂含水层)。其富水性取决于含水层的成因类型、岩性结构和颗粒成分。②裂隙含水层。指以含裂隙水为主的含水层，主要由各种坚硬岩石所构成。在岩层露头或基岩埋藏浅的地区，大多分布有风化裂隙含水层。中国各煤矿区的风化裂隙带深度一般为30～60m，随着埋藏深度的增大，裂隙发育变弱。深部岩层间的裂隙含水层，其富水性受岩性结构、构造裂隙和成岩裂隙控制，不同构造部位，富水性有明显变化。③喀斯特含水层。指以含喀斯特水为主的含水层，由可溶岩层溶隙发育而构成。在中国各煤矿区，由石灰岩和白云岩构成的喀斯特含水层分布较广。中国排水量最大、突水事故严重的煤矿井往往具有这类含水层。喀斯特发育和分布基本格局受岩性和构造控制，这类含水层的富水地段总是沿着岩性变化带、构造断裂带、节理裂隙发育带及褶皱剧烈变化带分布。这类含水层的水文地质特征独特，表现在其富水性极不均一，在水平与垂直方向变化显著；水力联系各向异性和动态变化显著。中国各煤矿区喀斯特含水层的贮水空间大致呈区域性，北方以溶隙为主；南方是溶洞与溶隙互相联系；西南以暗河管道为主。

(2) 含水层根据埋藏条件及水力学状态可分为承压含水层与潜水(无压)含水层。①承压含水层。指两个不透水层或弱透水层之间所夹的完全饱水的含水层。此类含水层中任一点的压强都大于1atm。②潜水含水层。指具有自由水面的含水层。此类含水层水表面的压力等于1atm，自由水面以上可以是透水层，也可以是弱透水层或隔水层。

(3) 含水层根据其渗透性空间变化可分为均质含水层和非均质含水层。①均质含水层。其透水性能是一个常量，与空间坐标无关。它多见于河流冲积相厚层砂。均质含水层还可进一步分为均质各向同性含水层和均质各向异性含水层。后者是指同一点的渗透系数随水流渗透方向不同而变化的均质含水层，这多见于层状结构和带状结构的岩层。②非均质含水层。其透水性在空间是变化的，或沿水平方向，或沿垂直方向变化;或渐变，或突变。在自然界中，非均质含水层居多。

(4)含水段。对于厚度很大的含水层(如中国某些地区的奥陶纪石灰岩)，由于其在剖面上裂隙或喀斯特发育不均匀，可按富水性把它划分为不同的含水段。

自然界中含水层形成条件为：必须有储存地下水的空间，如松散沉积物、半固结而富孔隙的沙砾岩层、裂隙和溶隙发育的岩石等空隙大，连通性好，即透水性能强，外部水能渗入并在其中流动;有保存地下水不致流走的地质条件，如透水层下存在弱透水层或隔水层时能把水聚集储存起来;有一定的补给水量，即补给量大于排泄量。