开采利用地下水的主要方式。它主要适用于地表水源不足而地下水源较丰的地区。其特点是水源相对稳定，建设周期较短，管理调度灵活等。由于在抽水的同时也相应地降低了地下水位，因此在有次生盐碱化威胁的地表水灌区，实行渠井结合。地表水地下水联合运用，既可保证农作物及时用水，又有利于防治土壤盐碱化。但是，除自流井外，井灌都要提水，要消耗一定的能源。在发展井灌的地区,要有足够的地下水资源,即水源应能不断得到补充。如地下水资源不足或者过量开采，都会造成地下水位大幅度持续下降，导致原有的提水工具失效,机井报废,甚至区域性的生态环境恶化。为此，发展井灌，首先要做好灌区水文地质调查或勘探工作，进行地下水资源评价，并在供需平衡分析的基础上，制定井灌发展规划。其次，为了合理开采地下水，要因地制宜地选择适宜的井型。用于灌溉的井型有筒井、管井、大口井、辐射井、真空井、虹吸井等。中国的灌溉水井约90%是开发浅、中层地下水的管井，大多采用多孔混凝土管。混凝土管井深多在70～100m左右，配套动力为电动机和柴油机。
泉水是承压地下水在地面的溢出。它的开发利用方式与地表水开发利用方式基本相同。在控制同等面积的情况下，泉水灌溉工程的造价一般要小于地表水灌溉工程。
截潜流工程是另一种利用地下水的措施。在一些季节性河流的河床下修筑不透水潜坝，使地下水壅高再引水或提水灌溉农田。截潜流工程一般布置在可截引水量较大、河床下不透水层较浅的河谷，以便于施工及减少投资。
坎儿井是一种特殊的引用地下水的形式。在地下水坡降较大，水量丰富的地方，开挖竖井和暗渠，用暗渠汇集与输送地下水到农田进行灌溉。中国坎儿井主要分布于新疆吐鲁番盆地和哈密地区一带。这一地带气候干旱,蒸发量大,高山融雪的地表水流入冲积、洪积扇后,几乎全部渗入砂砾石层成为地下水流,而坎儿井是汇集这一地下水源进行开发利用的理想形式。它不用提水工具，不耗费能源，并能减少蒸发损失，避免风沙侵袭。古波斯国（伊朗）亦很早即利用坎儿井引水灌溉，至今有些地方仍靠它来进行农业生产。中东一些国家也在使用。
