כשיורד גשם, חלק מהמים זורם בנחלים, חלק מתאדה, וחלק מחלחל לאדמה. המים שמחלחלים יורדים עד שהם מגיעים לשכבות של סלע נקבובי או חול, שיש בהן חללים קטנים רבים. שם הם נאגרים, כמו בספוג ענק מתחת לאדמה. השכבות האלה נקראות אקוויפרים, והמים שבהם נקראים מי תהום. לפעמים מי התהום יוצאים לפני השטח במעיין.
בישראל יש שני אקוויפרים גדולים: אקוויפר החוף, מתחת למישור החוף, ואקוויפר ההר, מתחת לרכס ההרים. במשך שנים רבות הם היו, יחד עם הכנרת, מקורות המים העיקריים של המדינה. כדי להגיע אליהם קודחים בארות עמוקות ושואבים את המים במשאבות. הגשם בחורף ממלא אותם מחדש, ולכן שנה גשומה חשובה גם כשיש התפלה.
טעות נפוצה היא לדמיין אקוויפר כאגם תת־קרקעי גדול ופתוח. ברוב המקרים המים ממלאים חורים וסדקים זעירים בתוך הסלע או החול. עוד דבר חשוב: אקוויפר רגיש לזיהום. דלק, ביוב או דשנים שחלחלו לאדמה עלולים להגיע למי התהום ולפגוע בהם לשנים רבות. וכששואבים יותר מדי, ליד הים עלולים לחדור לאקוויפר מים מלוחים.