Các yếu tố tự nhiên chủ yếu có ảnh hưởng đến mực nước bao gồm: yếu tố khí tượng , thủy văn, địa hình địa mạo, địa chất, địa chất thủy văn.
a. Yếu tố khí tượng
Các yếu tố như : lượng mưa, độẩm, lượng bốc hơi, áp suất khí quyển, gió…đều gây ảnh hưởng đến sự thay đổi của mực nước.
Sự thay đổi áp suất khí quyển gây ra do sự dao động mực nước thủy áp trong tầng ngầm nước có áp. Mối quan hệ đó là mối quan hệ nghịch biến có nghĩa là khi tăng áp suất khí quyển sẽ dẫn đến giảm thủy áp và ngược lại.
Lượng mưa trên vùng bổ cập của tầng chứa nước ít nhiều làm mực nước trong tầng dâng lên ít hay nhiều, đặc biệt đối với các tầng chứa nước gần mặt đất. Vào mùa mưa lượng nước trong các tầng chứa nước dâng cao và ngược lại vào mùa khô do độẩm thấp, nước bốc hơi nhanh sẽ làm mực nước trong tầng chứa bị hạ thấp.
Gió thổi trên mặt giếng gây ra ảnh hưởng thứ yếu đến mực nước ngầm và ảnh hưởng này lại thông qua ảnh hưởng của áp suất không khí.
b. Yếu tố thủy văn
Mật độ sông suối, sự thay đổi mực nước trong chúng có ảnh hưởng trực tiếp đến mực nước, tác động này khá rõ rệt đối với tầng chứa nước nông. Dọc theo các hệ thống sông, kênh hay các tầng chứa nước bị hệ thống thủy văn cắt qua do được bổ cập nước cho nước mặt (hay nói cách khác sông là nguồn tiêu thoát cho nước dưới đất) ngược lại vào mùa mưa lũ khi mực nước sông dâng cao, dòng sông trở thành nguồn nuôi dưỡng và làm mực nước dâng lên cao.
Trong những tầng ngậm nước tiếp giáp với biển, sự dao động của thủy triều cũng dẫn đến sự biến động của nước ngầm. Sự thay đổi áp suất không khí dẫn đến sự biến đổi mực thủy áp. Sự dao động thủy triều cũng dẫn đến sự thay đổi mực thủy áp trong tầng ngậm nước có áp. Ngược lại với ảnh hưởng của áp suất khí quyển, dao động của thủy triều hạ thấp. Do đó khi mực nước biển tăng thì mực nước ngầm cũng tăng.
c. Yếu tố địa hình địa mạo
Tùy thuộc vào độ dốc của địa hình mà động lực của tầng chứa nước sẽ khác nhau. Địa hình dốc làm cho nước ngấm vào đất ít hơn vùng bằng phẳng do mực nước được giữ lại nhiều hơn. Nơi có thảm thực vật dày thì có khả năng giữ nước lâu hơn so với nơi không có thảm thực vật. Mức độ phân cắt của địa hình có ảnh hưởng lớn đến sự thay đổi nước ngầm. Sự phức tạp của địa mạo khu vực quyết định quy luật thay đổi mực nước.
d. Yếu tố địa chất
Thành phần đất đá, kiến trúc, cấu tạo, nguồn gốc của các loại đất đá đều có tác động đến sự thay đổi mực nước. Tầng chứa nước có thành phần đất đá hạt thô với hệ thấm lớn sẽ nhận lượng nước bổ cập từ trên xuống nhiều hơn so với tầng được cấu tạo bởi lớp đất đá hạt mịn.
e. Yếu tố địa chất thủy văn
Kiểu chứa nước lổ hổng hay khe nứt, khả năng chứa nước, tính thấm của lớp đất đá chứa nước cũng có ảnh hưởng đến sự thay đổi mực nước ngầm. Thông thường nước chứa trong các loại đất đá có khả năng chứa nước tốt hơn, nguồn cấp nhiều, gần nguồn bổ cập thì có sự dao động xảy ra nhanh hơn là nước trong các loại đất đá có khả năng cấp nước kém, nguồn bổ cập xa và khả năng cấp nước ít. Mối quan hệ giữa các đơn vị chứa nước cũng ảnh hưởng đến mực nước. Nếu hai tầng chứa nước có quan hệ thủy lực với nhau thì sự thay đổi mực nước trong đơn vị này sẽ kéo theo sự thay đổi mực nước trong đơn vị kia.