Sub suprafața pământului, la diferite adâncimi în funcție de zonă, există acumulări de apă numite „pânza freatică”.
Izvoarele iau naștere atunci când apa din pânza freatică găsește o cale naturală de a ieși din nou la suprafață. Acest lucru nu se poate produce decât respectând legea gravitației, astfel că izvoarele se formează de regulă în văi sau în zone joase (relativ la pânza freatică).
Izvoarele sunt de două feluri: permanente, atunci când există suficientă apă în pânza freatică pentru a curge tot timpul anului, sau intermitente, atunci cînd ele curg numai în anotimpul ploios, când pânza freatică are cote maxime.
În drumul lor către suprafață, apele izvoarelor „spală” rocile, astfel că ele vor avea o anumită concentrație de minerale. În cazul în care această concentrație este neobișnuit de mare, izvorul va avea „apă minerală”.
În unele zone (mai ales în cele vulcanice) apa preia căldura rocilor vulcanice și va da naștere „izvoarelor termale”.