在全世界可用淡水資源中，地下水占30%，另有69%被凍結(jié)在兩極冰蓋中，而河流湖泊所含淡水僅占1%。地下水往往深藏在含水層、滲水巖層和沉積層中，需要利用抽水井獲取。通常，含水層會(huì)是可再生的水資源，通過數(shù)百年到數(shù)千年的降雨滲透慢慢補(bǔ)給。

全球人口日益增長，同時(shí)，農(nóng)業(yè)工業(yè)用水加劇，導(dǎo)致對(duì)地下水的需求不斷增加。許多地區(qū)的水務(wù)管理人員不得不應(yīng)對(duì)可用含水層過度開發(fā)問題，經(jīng)常需要依賴于古老的深層地下水源獲得可靠的淡水供應(yīng)。另外，農(nóng)業(yè)、工業(yè)或城市活動(dòng)等導(dǎo)致污染物和有毒物質(zhì)涌入地下水，也帶來了威脅。

科學(xué)評(píng)估含水層的來源和補(bǔ)充率對(duì)于實(shí)現(xiàn)含水層長期可靠的水源功能至關(guān)重要。地下水中天然存在的穩(wěn)定和放射性同位素可用于獲得有關(guān)地下水來源和補(bǔ)充率的更多信息。水中同位素（氫、氧）、放射性同位素（氚）、溶解碳（碳-14）和惰性氣體（氦-3、氦-4和氪-81）可用于估算地下水年齡。

由于含水層污染極難修復(fù)，因此應(yīng)對(duì)地下水污染也更加復(fù)雜。穩(wěn)定和放射性同位素示蹤劑（氮-15、碳-13和氚）有助于確定含水層系統(tǒng)內(nèi)的污染物來源，并量化污染物的轉(zhuǎn)化和生物降解。