تبرز أهمية المياه الجوفية بوصفها موردًا طبيعيًا دائمًا للمياه في منطقة حائل؛ وذلك لقلة الأمطار فيها وتذبذبها مكانيًا وزمانيًا، وكذلك لخلوها من الأنهار دائمة الجريان. وتعتمد كميات المياه الجوفية، ونوعيتها، وتغذيتها، على الخصائص المناخية (في الماضي والحاضر) والجيولوجية، والجيومورفولوجية. فمن الناحية الجيولوجية يقع الجزء الغربي من المنطقة ضمن الدرع العربي الذي يتكون من صخور نارية ومتحولة قديمة، في حين تقع أجزاؤها الشرقية والشمالية الشرقية ضمن الرف العربي الذي يتكون من طبقات مائلة من الصخور الرسوبية، ومن ناحية أخرى، تعرضت منطقة حائل في الماضي، مثل بقية مناطق المملكة الأخرى لمناخ أكثر أمطارًا مما هو عليه في الوقت الحاضر  .  وبناءً على ذلك فإن المياه الجوفية فيها يمكن تقسيمها إلى نوعين هما: المياه الجوفية المتجددة في خزانات المياه الجوفية الضحلة (SHALLOW AQUIFERS)، والمياه الجوفية الحفرية (FOSSIL) (غير المتجددة) في خزانات المياه الجوفية العميقة (DEEP AQUIFERS). ويحتوي الدرع العربي فقط على المياه الجوفية المتجددة، ومع أن كميات المياه المتجددة ليست كبيرة إلا أنها تعد المورد الطبيعي الدائم للمياه في المنطقة وغيرها من مناطق المملكة الأخرى. على العكس من الدرع العربي، إذ تخزن بعض طبقات الصخور الرسوبية كميات كبيرة من المياه الجوفية الحفرية، وتعد المياه الجوفية الحفرية موردًا مهمًا للمياه في حائل، ولكنه قابل للنضوب.

 

 

إن جميع المجاري المائية (الأودية)  في المملكة داخلية المنشأ، ولذا فإن المياه التي تجري فيها مرتبطة بالأمطار المحلية، حيث تجري المياه على شكل سيول في بطون الأودية إذا زادت معدلات سقوط الأمطار على معدلات الترشيح (INFILTRATION) والتبخر في الفترة نفسها. ويقدر أن حدوث السيول (الجريان السطحي) في الأجزاء الصحراوية يبدأ عندما تراوح غزارة سقوط الأمطار بين 5 و 20مم / ساعة  

 

فيما عدا صحراء النفود الكبير الرملية التي تقع في الأجزاء الشمالية من منطقة حائل، يوجد عدد كبير من الأودية في المنطقة، منها أودية صغيرة لا تتعدى أطوالها عدة كيلومترات، ومنها أودية كبيرة تتجاوز أطوالها عشرات الكيلومترات. فبعض الروافد الشمالية لوادي الرمة تصرف الأجزاء الجنوبية من منطقة حائل، وتتجه بصورة عامة نحو الجنوب الشرقي، ومنها: وادي المحيط، ووادي القهد، ووادي الشعبة. كما ينحدر من جبال أجا وسلمى وجبال حبشي عدد من الأودية التي تتجه نحو الشرق لتصب في السباخ والقيعان المنتشرة في الأجزاء الشرقية والشمالية الشرقية من المنطقة، ومن أشهر هذه الأودية: وادي الأديرع، ووادي ياطب، ووادي الصدر، ووادي أبو نمر، ووادي العدوة، ووادي المخيرق، ووادي الترمس  

 

ويكون جريان السيول في المنطقة جريانًا محليًا ولفترات قصيرة؛ ويرجع ذلك بشكل أساسي إلى قلة الأمطار الساقطة عليها، وعدم انتظام سقوطها، علاوة على ارتفاع معدلات التبخر. ولكن في بعض الحالات القليلة قد يستمر الجريان لعدة أيام في الأودية الكبيرة نسبيًا، وتجب الإشارة إلى أنه لايوجد سجل للمعلومات عن جريان السيول في المنطقة، ولكن يمكن القول إن جريان مياه السيول في أوديتها قليل الحدوث، وحيث إن جريان مياه السيول في الأودية غير منتظم، وقليل الحدوث في حائل؛ لذا فإنه لا يعتمد عليه في سد الاحتياجات المائية للأغراض المنـزلية أو الزراعية، ولكن يمكن عده مصدرًا موسميًا وثانويًا للمياه في المنطقة، ومنذُ القدم كانت مياه السيول - ولا تزال - تستخدم لري المزارع؛ وبخاصة بساتين النخيل التقليدية. فقد ذكر أحد الكتاب أن البعض يعمل لنخله سدًّا من صخور الجبل تحجز مياه السيول على النخيل فيما إذا كان السيل منحدرًا، وكثيرة هي السدود الصغيرة من هذا النوع، والمقامة على مثاني الأودية، وملافظ التلاع، حيث يتم حجز أكبر كمية من المياه وراء هذه السدود الصخرية الصغير