Согласно гидрогеологическому районированию территории России Республика Бурятия приурочена к Байкальской и Забайкальской гидрогеологическим областям. По площади значительно преобладает Байкальская гидрогеологическая область.
Байкальская гидрогеологическая область представлена чередованием трещинных вод разновозрастных кристаллических пород высокогорных массивов и артезианских бассейнов, заключенных в мощных толщах рыхлых кайнозойских отложений неогенового и четвертичного возраста, заполняющих межгорные впадины.
В высокогорных гидрогеологических массивах условия питания трещинных вод и формирования месторождений в общем неблагоприятные. Значительная часть горных пород на этой территории либо проморожена на глубину до нескольких сотен метров, либо из-за высоких гипсометрических отметок и крутосклонного рельефа дренируется на всю мощность эффективной трещиноватости. Основными областями питания, движения и аккумуляции подземных вод здесь являются зоны разрывных тектонических нарушений и участки распространения карстующихся карбонатных пород.
Артезианские бассейны байкальского типа имеют трехэтажное строение.
Первым от поверхности является водоносный горизонт четвертичных отложений, мощностью до 60 - 100 м. Под ним распространен напорный водоносный комплекс неогеновых рыхлых и слабо литифицированных образований, мощностью до 1000 - 2000 м (в Усть-Селенгинском артезианском бассейне более 3000 м по данным нефтепоискового бурения и до 5000 - 7000 м, по данным геофизики). Нижние горизонты этого комплекса содержат пластовые метановые термальные воды. Ниже следует горизонт трещинных вод кристаллического фундамента впадин, не имеющий практического значения из-за низкой водоносности пород и большой глубины залегания.
Подземные воды региона весьма разнообразны по химическому составу и подчиняются определенной химической зональности.
Трещинные воды горных хребтов содержат ультрапресные (минерализация 0,03 - 0,05 г/л) воды.
В артезианских бассейнах байкальского типа минерализация подземных вод до глубины 2000 м не превышает 0,5 - 1,0 г/л при преимущественно гидрокарбонатно-натриевом и кальциево-натриевом составе.
Впадины забайкальского типа характеризуются очень сложными гидрогеологическими и гидрохимическими условиями формирования пресных подземных вод. Следствием высокой изменчивости проницаемости и фильтрационных свойств водовмещающих пород является пестрота химического состава и минерализации подземных вод в них. В местах развития слабопроницаемых пород с низкими фильтрационными свойствами формируются гидрокарбонатно-сульфатные, сульфатно-натриевые воды с минерализацией до 3 г/л. В водоносных структурах, характеризующихся повышенной фильтрационной способностью водовмещающих пород и усилением водообмена, развиты гидрокарбонатно-кальциевые и кальциево-натриевые воды с минерализацией 0,2 - 0,3 г/л.
Подземные воды, омывающие рудные залежи, содержат повышенные концентрации фтора и металлов. В южных районах в местах проявления флюоритов подземные воды загрязнены фтором. В Бурятии широко развито естественное загрязнение подземных вод железом. Особенно четко оно проявляется в долине р. Селенги и ее левобережной приустьевой части. Концентрация железа в подземных водах достигает 48 мг/л.
В Усть-Селенгинском бассейне на глубине около 3000 м обнаружены солоноватые воды хлоридного состава.
Для питьевого водоснабжения используются подземные воды неогеновых отложений ввиду наибольшей водообильности и доступности каптажа и эксплуатации.
Пластовые термы представляют интерес для бальнеологии и теплоэнергетики.
В Байкальской гидрогеологической области разведаны самые крупные месторождения термальных вод трещинно-жильного типа, на которых функционируют курорты и санаторные пансионаты, и несколько месторождений пресных подземных вод для хозяйственно-питьевого водоснабжения поселков.