Pengisian ulang air tanah adalah bagian penting dari siklus hidrologi, di mana air dari permukaan mengalir ke bawah permukaan, mengisi kembali persediaan air tanah. Mungkin sulit untuk memperkirakan tingkat pengisian ulang air tanah karena sulit untuk melacak jumlah air yang kembali ke persediaan air bawah permukaan, meskipun beberapa teknik berbeda dapat digunakan untuk sampai pada perkiraan. Penting untuk memahami berapa banyak air yang memasuki pasokan air tanah, karena ini mempengaruhi seberapa banyak air yang dapat diambil dengan aman dari pasokan air tanah untuk digunakan manusia.
Di alam, pengisian air tanah dipasok oleh hujan, pencairan salju, sungai, danau, dan sungai. Sementara beberapa air permukaan menguap atau mengalir ke DAS lain, air lainnya menetes melalui bumi, secara bertahap bertemu dengan pasokan air di bawah permukaan. Diperlukan waktu lama untuk persediaan air tanah menumpuk, atau dapat diisi ulang dengan sangat cepat, tergantung pada berbagai faktor lingkungan.
Manusia juga dapat membuat resapan air tanah. Dinas pekerjaan umum dapat memasukkan kembali air ke tanah dengan teknik seperti waduk khusus untuk mengembalikan air tanah ke tingkat sebelumnya atau untuk menjaga tingkat air tanah tetap stabil. Teknik ini digunakan di daerah di mana persediaan air tanah sangat dimanfaatkan dan pihak berwenang khawatir tentang penurunan permukaan air, akumulasi garam di tanah, atau kehabisan air sama sekali. Bumi juga merupakan salah satu tempat terbaik yang tersedia untuk menyimpan air, sehingga resapan air tanah digunakan sebagai teknik penyimpanan.
Beberapa hal dapat mengganggu proses ini. Jika persediaan air tanah digunakan secara berlebihan, pengisian ulang tidak akan menggantikan air yang diambil, yang menurunkan permukaan air. Saat permukaan air turun, sumur bisa mengering. Garam juga dapat menumpuk di tanah karena tindakan pembilasan air diambil. Aktivitas manusia seperti konstruksi dan penebangan juga dapat mengganggu pengisian air tanah dengan mencegah air masuk ke dalam tanah sama sekali.
Karena kekhawatiran tentang sumber daya air telah berkembang di seluruh dunia, banyak komunitas mulai menangani masalah pengisian ulang air tanah. Beberapa komunitas telah mengambil langkah-langkah kecil untuk meningkatkan jumlah air yang mengalir kembali ke bawah tanah, seperti menggunakan trotoar permeabel yang memungkinkan air menetes ke bawah tanah, daripada membiarkan air menggenang di permukaan dan menguap. Orang-orang juga prihatin dengan polusi yang disebabkan oleh pelepasan bahan kimia berbahaya; saat air tanah mengalir melewati endapan bahan kimia, bahan kimia tersebut diambil dan mereka memasuki pasokan air. Begitu berada di dalam air, polusi sulit dihilangkan.