含水层是天然的过滤器，泥沙等颗粒(如细菌)无法进入，并为流过其区域的地下水流提供自然净化。

像咖啡过滤器的孔隙，含水层的岩石或泥沙颗粒物净化地下水("咖啡渣")，但不溶解的物质("咖啡")。此外，和其他过滤器一样，如果孔径太大，如细菌的颗粒可以打通。这可能是处于裂隙岩体的含水层的一个问题。

在含水层中的粘土颗粒及其他矿物的表面也可以捕捉溶解的物质，或至少让其慢下来，因此它们不能像水渗透穿过含水层一样快地移动。

在非承压含水层上方的补水区和灌区，它们的土壤天然过滤是很重要的，水在其表面可以渗过土壤到达地下水位。例如，在较低波特纳夫的流域，这是南部山谷的一片保护层，(图1)它对含水层提供天然的保护，使其免受上方化粪池系统，施用农药和化学品意外泄漏的污染。

尽管自然净化，地下水中的一些元素浓度高的情况下，含水层的岩石和矿物的某些元素是高浓度的。在某些情况下，如自然产生的高浓度氟离子，铀，或砷的元素的，可能会影响人类健康。