Požeminio vandens papildymas yra svarbi hidrologinio ciklo dalis, kai vanduo iš paviršiaus patenka į požeminį paviršių, papildydamas požeminio vandens atsargas. Gali būti sunku įvertinti požeminio vandens papildymo greitį, nes sunku sekti vandens kiekį, kuris grįžta į požeminio vandens tiekimą, nors norint apskaičiuoti gali būti naudojami keli skirtingi metodai. Svarbu suprasti, kiek vandens patenka į požeminio vandens tiekimą, nes tai įtakoja, kiek vandens galima saugiai paimti iš požeminio vandens tiekimo žmonėms.
Gamtoje gruntinio vandens pasipildymą teikia lietus, tirpsta sniegas, upės, ežerai, upeliai. Kai dalis paviršinio vandens išgaruoja arba patenka į kitą baseiną, kitas vanduo teka per žemę, palaipsniui susitinkant su vandens atsarga po paviršiumi. Priklausomai nuo įvairių aplinkos veiksnių, gali prireikti daug laiko, kol susikaups požeminio vandens atsargos, arba jie gali būti papildyti labai greitai.
Žmonės taip pat gali sukurti požeminio vandens papildymą. Viešųjų darbų agentūros gali vėl įleisti vandenį į žemę naudodamos tokias technologijas kaip specializuoti rezervuarai, kad požeminis vanduo būtų atkurtas iki ankstesnio lygio arba kad požeminio vandens lygis būtų stabilus. Šis metodas naudojamas tose vietose, kur požeminio vandens atsargos yra labai išnaudotos, o valdžios institucijos nerimauja dėl nukritusio vandens lygio, druskų kaupimosi dirvožemyje arba dėl visiško vandens pritrūkimo. Žemė taip pat yra viena geriausių vietų vandeniui laikyti, todėl požeminio vandens papildymas naudojamas kaip kaupimo būdas.
Daugelis dalykų gali sutrikdyti šį procesą. Jei požeminio vandens atsargos yra per daug išnaudojamos, įkrovimas neatstos paimamo vandens, o tai sumažina vandens lygį. Nukritus vandens lygiui, šuliniai gali išdžiūti. Druskos taip pat gali kauptis dirvožemyje, nes pašalinamas vandens nuplovimas. Žmogaus veikla, tokia kaip statybos ir medienos ruoša, taip pat gali pakenkti požeminio vandens pasipildymui, nes vanduo apskritai nepatenka į žemę.
Pasaulyje išaugus susirūpinimui dėl vandens išteklių, daugelis bendruomenių pradėjo spręsti požeminio vandens papildymo problemą. Kai kurios bendruomenės ėmėsi nedidelių žingsnių, kad padidintų po žeme tekančio vandens kiekį, pavyzdžiui, naudojo pralaidžią dangą, leidžiančią vandeniui tekėti po žeme, o ne leisti vandeniui telktis ant paviršiaus ir išgaruoti. Žmonės taip pat susirūpinę dėl taršos, kurią sukelia kenksmingų cheminių medžiagų išmetimas; kai požeminis vanduo teka pro chemikalų telkinius, chemikalai surenkami ir patenka į vandentiekį. Patekus į vandenį taršą sunku pašalinti.