Il sistema idrogeologico , cioè una falda acquifera e tutto ciò che la influisce, è difficile se non impossibile da risolvere con una semplice equazione. Modelli ridotti (acquari pieni di sabbia e acqua), fisici (per analogia con altre scienze fisiche) e soprattutto matematici (software) consentono di riprodurre, modellare e simulare la complessità di questi sistemi. L'applicazione della modellistica idrogeologica è immensa: sfruttamento o qualità delle acque sotterranee, energia geotermica , ricarica naturale o indotta di falde acquifere.
Il termine "modello idrogeologico" è, sebbene ampiamente utilizzato, ambiguo perché non si riferisce solo al software comunemente utilizzato dagli idrogeologi per modellare le acque sotterranee. Storicamente, i modelli riuniscono anche altri supporti diversi dal computer. I modelli idrogeologici sono probabilmente iniziati con la costruzione di modelli in scala riproducenti le falde acquifere. Per questo è sufficiente riempire una scatola di sabbia, installare pozzi, "condizioni al contorno" (acqua a livello invariabile, irrigazione, ecc.). Questi modelli sono ancora utilizzati per scopi educativi.
I modelli fisici, prodotti per analogia con altre leggi della fisica (elettricità) sono ora abbandonati ma rimangono pedagogicamente interessanti.
Infine, i modelli matematici (software) che consentono di risolvere il flusso sotterraneo e le equazioni di trasporto sono oggi i più utilizzati dagli idrogeologi. Il modello più famoso è Modflow prodotto negli anni '80 e che da allora ha avuto diverse versioni. Modflow è un modello a differenze finite (maglia quadrata) in contrapposizione ai modelli ad elementi finiti (maglia triangolare) come Feflow, un altro modello ampiamente utilizzato e sviluppato a partire dagli anni '80. Questi due modelli consentono di modellare le acque sotterranee in ambienti omogenei e continui, quindi non si applicano (in teoria) a rocce fratturate, per natura molto eterogenee e discontinue. Per questo motivo sono stati progettati modelli più complessi di Modflow o Feflow, che consentono di simulare il flusso di acque sotterranee nelle reti di frattura. Questo è un esempio di ciò che il software comune non può simulare.
Come accennato nel paragrafo precedente, i modelli standard non possono simulare tutto. Ecco alcuni limiti: - il mezzo deve essere omogeneo e continuo. Pertanto, gli acquiferi fratturati e gli acquiferi carsici non possono essere modellati in modo semplice. Il flusso nei condotti carsici o nelle fratture non risponde alle leggi che dirigono i modelli usuali. In pratica, le fratture sono abbastanza piccole da essere considerate su larga scala come un mezzo continuo e omogeneo. - il mezzo non deve essere comprimibile: infatti se pompando il terreno si assesta (ad esempio) segno che varia la geometria del suolo e dell'acquifero, il modello dovrebbe tener conto di tali variazioni. In pratica questi cambiamenti sono generalmente piccoli e trascurabili.