一、含水层系统
华北山区含水层系统主要包括碳酸盐岩类岩溶含水层亚系统和基岩类裂隙含水层亚系统，以及山间盆地松散岩类孔隙含水层亚系统。本次地下水系统研究以平原区为主，因此只对平原区的含水层系统作详细的叙述。
(一)含水层结构系统
华北平原含水层组在平面上主要分为单层结构区和多层结构区。单层结构区主要分布于山前平原顶部，岩性颗粒粗，黏性土多以透镜状分布，上下水力联系好，构成单层水文地质结构。多层结构区分布于山前平原底部、中部平原、滨海平原区，砂层和黏性土层相间展布，构成多层水文地质结构，在垂向上自上而下分为四大含水岩组(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ含水组)。
(二)含水层介质系统
华北平原区含水层介质主体为第四系冲积、洪积、湖积松散堆积物。从山前—滨海、从第Ⅰ含水层组到第Ⅳ含水层组，含水层介质呈规律性变化。在山前平原顶部，为单层结构，含水介质颗粒粗大，主要为砾卵石、中粗砂含砾中粗砂;从山前平原下部—滨海平原，是多层结构区，4个含水层组的介质总体上是由粗颗粒向细颗粒变化。从山前到滨海，第Ⅰ含水层组含水层介质由砾卵石、中粗砂含砾中粗砂→中细砂粉细砂→粉砂规律变化。第Ⅱ含水层组含水层介质由砾卵石、中粗砂→中细砂、粉砂→粉砂规律变化。第Ⅲ含水层组含水层介质由砾卵石、中粗砂→中细砂及细砂→粉细砂变化。第Ⅳ含水层组含水层介质由砾卵石、中粗砂→中细砂→粉细砂及粉砂规律变化。
(三)含水层层次系统
在垂向上主要有浅层含水层系统和深层含水层系统。浅层含水层系统在全淡水区为第Ⅰ+Ⅱ含水组，在有些咸水区为第Ⅰ含水组。深层含水层系统在全淡水区包括Ⅲ+Ⅳ含水组，在有些咸水区包括咸水体以下的Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ含水组。底界埋深由山前的100m增加到东部平原的550m。受构造控制拗陷区和隆起区埋藏深度和厚度差异很大。
华北平原区浅层含水层层次系统在平面上可基本分为四级:第一级是华北平原松散层孔隙含水层系统;第二级按照华北平原一级地表水系对含水层形成的控制作用分为滦河、海河和古黄河二级孔隙含水层系统;第三级是在二级的基础上按照次级地表水系对含水层形成的控制作用，作进一步划分;第四级主要按照次级地表水系在上游、中游和下游沉积岩组形成条件及沉积粒径的差异进一步划分为冲洪积扇、古河道以及海积平原。
二、输入输出系统
(一)浅层地下水的输入输出系统
天然状态下，浅层地下水的输入系统主要由大气降水入渗补给、山区侧向径流补给、河道渗漏补给组成。在人类开采地下水能力增强和降水量减少的作用下，输入系统增加了渠道渗漏补给和灌溉回归补给。按输入系统中各因素对区域地下水补给的大小，华北浅层地下水的输入系统主要为:大气降水入渗补给、山区侧向径流补给、河道渗漏补给、灌溉回归补给、渠道渗漏补给。
天然状态下，浅层地下水的输出系统主要由向下游径流、潜水蒸发，在枯水季节 通过河道排泄，或以泉的形式排泄组成。20世纪80年代后，潜水蒸发消耗也显著减小，由于地下水开采，水位下降，向河流排泄或泉水排泄也基本上消失，目前浅层地下水排泄主要为向下游径流、潜水蒸发和人工开采。
(二)深层地下水的输入输出系统
深层地下水的输入系统主要由山前边缘的隐伏碳酸盐岩岩溶水的顶托补给、山前主要冲洪积扇的侧向径流以及在开采条件下的越流补给组成。
天然条件下，深层地下水输出系统主要以向下游侧向径流排泄为主。在大部分地区特别是东部自流区，由于深层水头远高于浅层水位，深层水向浅层水越流排泄也是主要形式之一。近30年来，由于大量开发地下水，深层地下水输出，变为以开采为主，向下游侧向径流排泄和向浅层水越流排泄为辅。
三、地下水流动系统
天然条件下，区域流动系统沿山前平原向东流动，在咸淡水边界附近向下运移沿第四系下部向渤海方向运动;到沧州以东地区，部分地下水开始向上越流运动，部分向渤海排泄流出。中间流动系统主要受地表水流域和地质地貌条件的控制，形成了冲洪积扇流动系统、河间流动系统和沿海流动系统。山前地带地下水接受山区的侧向流动补给和冲洪积扇的降雨补给后，地下水向下流动，然后水平向东流动，到冲洪积扇前缘地带，形成溢出带。在中部平原，受地表水流域的控制，地下水形成了以河道带为源区，以河间洼地为汇区的中间流动系统。局部流动系统主要受地形和地表水流域的控制，局部流动系统的范围较小，一般在地形凸起处或河道带形成源区，经过短暂的流动后，在地形低洼处形成汇区。
华北平原地下水的超采对地下水流系统影响很大，区域流动系统的地下水，由水平运动为主开始逐步转变为向第三含水组越流的垂向流动为主;并且以深层地下水水位下降漏斗中心为界，被割裂成中间流动系统。在沿海地带区域流动系统由向上运动变为由浅部和深部向中间流动。中间流动系统由于地下水的开发形成了源汇的逆转。局部流动系统则由于浅层地下水的无序开发和区域流动系统和中间流动系统的演变全面解体，形成以开采为主导的新的局部流动系统。
华北平原地下水系统结构模式见图3-6-1。
图3-6-1 华北平原地下水系统结构图