氣體在地下水中以自由狀態和溶解狀態存在，它們之間的比例關系變化取決于溫度和壓力。地下水中溶解氣體主要包括MX6 O2，N2，CO2，H2S，CH4，H2，碳氫化合物及少量惰性氣體，其中以前5種為主。按照氣體來源可以分為空氣來源氣體，包括O2，N2，CO2，Ne，Ar等;生物化學來源氣體(微生物分解有機質和礦物質而形成)，包括CH4，CO2，N2，H2S，H2，O2等;化學來源氣體(水-巖相互作用形成)，包括CO2，H2S，H2，CH4，CO，N2，HCl，HF，SO2，Cl2，NH3等;放射性和核反應來源，包括He，Rn等。

在通常情況下地下水中氣體成分含量不高，每升只有幾毫克到幾十毫克。但是，地下水中氣體成分的水化學意義卻十分重要。首先，對地下水中氣體成分的研究，有助于對地下水起源和成因的判別和解釋。其次，水中的氣體成分決定著含水層水化學環境的性質，對于變價元素的氧化還原反應、存在形式、遷移性能、沉淀富集等具有重要意義。最后，某些氣體成分決定著地下水具有一定的特殊性能。例如醫療礦(泉)水中的碳酸水和硫化氫水的醫療保健功效就是由于CO2和H2S在水中的含量較高而決定的，而導致鈣華沉積的原因之一則是溶解在水中的CO2氣體英思科MX4 從水中逸出等。

4.1.3.1 氧氣

溶解于水中的氧氣稱為溶解氧(DissolveDOxygen，縮寫為DO)。氧在水中有比較大的溶解度，其溶解量與水中溶解組分含量、埋藏深度、溫度、大氣壓力和氧的分壓等因素有關。地下水中氧的來源主要是大氣，因此近地表的地下水中含氧量較大，越往深處含氧量越少。地下水中溶解氧含量越高，說明地下水所處的地球化學環境愈有利于氧化作用進行，水中Fe，Mn，Cu，S等變價元素均處于高度氧化狀態(Fe3+，Mn4+，Cu2+，S6+等)。隨著地下水的深循環，各種氧化還原反應會逐漸將水中溶解氧消耗殆盡，從而形成還原環境。地下水中的溶解氧在很大程度上決定著水的氧化還原電位，而氧化還原電位值是影響風化殼中元素遷移的重要因素之一。

4.1.3.2氮氣

地下水中的氮氣主要來源于大氣。由于O2的化學性質遠較N2活潑，在較封閉的環境中，O2將耗盡而只留下N2。因此，N2的單獨存在，通常可以說明地下水起源于大氣并處于還原環境。但在封閉的地質構造中，N2還可以由微生物反硝化作用(也稱脫氮作用，是指反硝化細菌在缺氧條件下，還原硝酸鹽，釋放出分子態氮N2或一氧化二氮N2O的過程)將NO－3，NO－2轉化而形成并進入地下水中。N2含量高的地下水常見于盆地內含石油、天然氣的高溫高壓地下水中，以及構造裂隙活化帶的地下熱水中。

4.1.3.3 二氧化碳

地下水中的CO2來源比較復雜，作為地下水補給來源的大氣降水和地表水雖然也含有CO2，但其含量通常較低。地下水中的CO2主要來源于土壤，有機質殘骸的發酵作用與植物的呼吸作用使土壤中源源不斷產生CO2，并溶入流經土壤的地下水中。此外，含碳酸鹽類的巖石在深部高溫下也可以變質生成CO2。

溶解于水中的CO2稱為游離CO2。當水中含有一定數量的HCO－3時，就必定有一定數量的溶解于水的CO2與之相平衡，這部分與HCO－3平衡的CO2稱為平衡CO2。如果水中游離CO2的含量高于平衡時的含量，則當這種水與CaCO3固體接觸時，碳酸鈣便被溶解，直到新的平衡建立為止。這部分與碳酸鈣起反應的游離CO2稱為侵蝕性CO2。侵蝕性CO2對混凝土和金屬均有破壞作用，特別是侵蝕性CO2和氧共存時，對鐵管的侵蝕更為強烈。

CO2含量大于等于250mg/L的地下水稱為碳酸礦泉水。飲用碳酸礦泉水能增進食欲，改善腸道消化功能，通便利尿。碳酸水浴對消除疲勞、改善體質、增進健康有很好的作用，此外對于高血壓、某些冠心病及外傷潰瘍、婦科感染也很有效。比較著名的碳酸礦泉水如前蘇聯外高加索的納爾贊礦泉含CO2氣體1926mg/L，江西崇仁馬鞍坪溫泉含CO2氣體715mg/L，內蒙古阿爾山礦泉含CO2氣體2190mg/L。

4.1.3.4 硫化氫

在一般的地下水中，很少發現顯著含量的H2S，但在一些礦泉水中，H2S含量較高。天然水中的H2S既可以來自有機物，也可以來自無機物。H2S是蛋白質分解的產物之一，因此，在地表水體底層各種有機體腐敗過程中經常見到它，遭受有機污染的淺層地下水中有時也會檢測到H2S。此外，缺氧條件下去硫菌的去硫作用可以使硫酸鹽還原成H2S，例如一些油田水中H2S的濃度可以達到2000mg/L。大量的H美國英思科MX62S也可以從火山噴發氣體中析出。在部分溫泉的泉口處可以聞到H2S味。

地下水中H2S的存在常常指示一種比較強的還原環境，許多變價金屬元素在此環境中以低價硫化物形式存在，難溶于水，不隨水遷移。例如三價鐵被還原形成黑色的膠體狀硫化亞鐵沉淀物。

H2S含量大于等于1mg/L的天然地下水，稱為硫化氫礦泉水氣體。這種礦泉水的主要有效成分是游離的H2S氣體美國華瑞PGM-7320VOC，用這種水進行水浴可以治療外傷潰瘍、皮膚病，如果水溫較高還可以起到鎮靜神經、降低血壓、改善血液循環的作用。

4.1.3.5 甲烷

CH4由有機質分解產生，并通過各種生物化學作用聚積在地下水中。在正常溫度壓力下，CH4的溶解度很小，因此只有在地殼深部高溫高壓的條件下，CH4才能大量溶解于地下水中。通常在封閉構造的含石油、天然氣盆地中的地下水中，CH4含量很高。據四川盆地中部女基井資料，埋藏在4000m以下的地下鹵水中，95%以上的氣體是CH4。CH4是強還原環境的標志，CH4含量高的天然地下水多處于承壓水盆地水交替十分困難地帶的含有機質的沉積巖還原環境中。在遭受嚴重有機污染的淺層地下水中，微生物對有機污染物的厭氧降解，也可能導致產生CH4溶解于地下水的現象(李學禮，1988)。