乌盟地区大部分水文地质属内蒙古阴山山地水文地质区，少部分属内蒙古高原水文地质区。从地貌、地质构造和水文地质的不同，可划分为两个大区，即低山丘陵基岩裂隙水区和山间盆地孔隙水区。

低山丘陵基岩裂隙水区

在阴山山地基岩裂隙水的赋存和富水程度，受地形、气候、岩性和地质构造等因素的制约，这些因素在不同地区所起的作用是不同的，并反映出不同的主次关系。在阴山南侧一带，地下水循环快，水质良好，但蓄水条件差，易于流失，使地下水只能储存在易于集中的低洼地带。在西北一带，降水稀少，甚至还保留高矿化度水化学类型的特征。在阴山北部和东部一带，地下水不易流失，也易受降水的补给，分布相对比较稳定。本区降水量东大西小，故对地下水补给量由东向西减少，使东部地下水较西部丰富，矿化度由东向西逐渐增高。

在丘陵间和低山丘陵间的沟谷洼地、河谷洼地，特别在阴山东段，河谷和沟谷均较发育，第四系厚度较大。在卓资县一带河谷洼地中，第四系厚度达40～60米，并顺地下水流向由薄变厚，岩性由粗变细，单井出水量1000～2000立方米/日。在丰镇一带河谷洼地（饮马河、巨宝庄河、马家囫囵河）第四系厚度约80米，岩性为砂砾卵石。饮马河河谷洼地单井出水量3000～5000立方米/日。水质较好，为矿化度小于0.5克/升的HCO₃-Mg-Ca型水。

位于卓资县～察右中旗一线以西地区的阴山西部岩浆岩、变质岩裂隙水较贫地段，为中低山地形和低山丘陵地形，基岩裂隙水多沿裂隙流入沟谷，形成泉流和渗入补给第四系沟谷潜水。地下水一般埋藏很深，多大于70米，水量也很贫乏，多为矿化度小于1克/升的HCO₃-Mg-Ca型水。

位于集宁市周围的察哈尔熔岩台地玄武岩裂隙水水量中等地段，东起兴和县，西至卓资县，北起商都、察右后旗，南至丰镇。此地段含水层由第三系中上新统玄武岩和砂岩、泥岩互层组成，富水性较好，一般单井出水量在500～1000立方米/日。水质较好，矿化度多小于2克/升，水位埋深度较稳定。

山间盆地孔隙水区

从盆地的成因分析基本上可归为两种类型，即坳陷盆地和断陷盆地。其沉积物中新生界碎屑岩和松散沉积层，厚度均较大。

坳陷盆地分布于阴山以西，包括乌兰花、供济堂、黄羊城、陶林、大六号、商都、朝阳等坳陷盆地，盆地大部分南浅北深，并在北侧有断层，主要含水岩系为第三系上新统和渐新统，其次为第四系全新统，含水层岩性为砂岩、砂砾岩，分布普遍稳定，水量丰富。含水层厚度一般在10米左右，水量在500～1000立方米/日。矿化度多小于1克/升，局部达到1～2克/升和大于2克/升，多为HCO₃-Ca-Mg型、HCO₃-Na-Ca型和HCO₃·Cl-Na-Mg型水。

断陷盆地分布在阴山以南，包括岱海断陷盆地和黄旗海断陷盆地。两盆地的特点是含水层以第四系冲积洪积及湖积层为主，分布普遍稳定，水量丰富，水质良好，水文地质条件具有明显的封闭型盆地的水平分带性。岱海东北部含水层为第四系冲洪积砂砾石，水位埋深40米以内，单井出水量2000立方米/日以上，水质良好；岱海南部和西部，含水层以中细砂为主，部分夹有砾石层，水位埋深小于10米，水质良好，单井出水量一般为300立方米/日以上；在岱海盆地中部，岩层富水性最差，难以满足农田供水需求。黄旗海的周围，水位埋深一般小于10米，单井出水量在1500～2000立方米/日，其中平地泉、巴音塔拉、赛汗、霸王河、泉玉林河一带为富水区，水质良好，具有一定的开采价值。盆地下部为白垩统孔隙承压水，含水层为砂岩和砂砾岩，承压含水层埋深88～130米，在海子附近可自流。

在降雨入渗总量中扣除清水基流量，为地下水补给量。全盟多年平均降水量为284.5毫米，平均入渗系数为0.066，入渗总量为11.08亿立方米，扣除清水基流2.35亿立方米，地下水补给量为8.73亿立方米。

其中黄河水系流域，多年平均降水量为400.3毫米，入渗系数为0.114，入渗总量为2.11亿立方米，扣除清水基流0.67亿立方米，入渗补给量为1.44亿立方米；永定河水系流域，多年平均降水量为373.7毫米，入渗系数为0.113～0.117，入渗总量为2.48亿立方米，扣除清水基流0.82亿立方米，入渗补给量为1.66亿立方米；内陆河水系流域，多年平均降水量为223.9～400毫米，平均251.3毫米，入渗系数0.027～0.10，平均0.06，入渗总量为6.49亿立方米，扣除清水基流0.86亿立方米，地下水补给量为5.63亿立方米。