油田範圍內直接與油層連通的地下水。又稱油層水。廣義的油田水泛指油氣田區域內的地下水，包括油層水和非油層水。油田水也與油（氣）共存於儲集層的孔隙中，具有統一的壓力系統，是石油開採的主要動力之一。在地層中，按重力分異通常是氣在上，油居中，水在下。按油氣水的相對位置將油田水分為底水和邊水。底水為在較厚的儲層內，油（氣）與水整體接觸時位於油氣藏下麵的含油氣外邊界以內的油田水，是厚層塊狀油氣藏的固有特徵。
油田水與油氣藏在分佈上的相互關系圖（背斜型油氣藏）
油田水可以看作是沉積水、滲入水、轉化水和深成水以不同比例的混合水，經過一系列復雜的物理化學作用，並與油氣相伴生的油層水。其中，沉積水是沉積物沉積過程中保存於顆粒間的孔隙水，其化學組成與沉積物的沉積環境（古海、古湖）有密切關系；滲入水是大氣降水、地表水滲入地下空隙、滲透性巖層中的水；轉化水是沉積物成巖作用和烴類生成過程中，黏土礦物轉化脫出的層間水，有機質向烴類轉化分解出的水；深成水包括巖漿遊離出來的初生水和變質作用生成的變質水。
油田水的溶質的化學組成包括無機組成、有機組成、溶解氣和微量元素等。通常以水中陽離子Na+、K+、Ca2+、Mg2+和陰離子Cl－、SO42－、HCO3－等的含量代表無機組成，並作為油田水分類的基礎；微量元素有幾十種，常見的有碘、溴、硼、鍶、鋇等；油田水的烴類、酚和有機酸代表有機組成，其中，烴類以氣態和液態烴為主，部分含硫化氫，酚在油田水中含量相對較高，有機酸包括環烷酸、脂肪酸和氨基酸等。環烷酸是石油中環烷烴的衍生物，常被作為找油的重要水化學標志。
自1911年美國C.帕爾默提出第一個油田水分類開始，出現瞭多種油田水分類方案，其中，以蘇聯水文地質學傢V.A.蘇林的分類(1946)較為簡明（見表）。該方案以Cl－、SO42－、HCO3－和Na+、Ca2+、Mg2+含量及其組合關系作為分類基礎，將天然水分為4種成因類型，表明海水和淡水有兩個主要區別：①淡水Na+/Cl－的比值大於1，海水比值小於1。②淡水重碳酸鈉占優勢，含硫酸鈉，而海水不含硫酸鈉。油田水的化學類型以氯化鈣型為主，其次是重碳酸鈉型，硫酸鈉型和氯化鎂型較為罕見。
油田水類型、氣態重烴和環烷酸的存在是尋找油氣藏的水化學標志，反映油氣藏的形成和保存條件。從油田水中提取的微量元素碘、鍶等是國防、醫藥、化工的重要原料。
蘇林的天然水成因分類表| 水的類型 | 成因系數（以毫克當量%表示濃度比） | Na+/Cl− | (Na+–Cl−)/SO42− | (Cl−–Na+)/Mg2+ |
|---|---|---|---|---|
| 淡水 | 硫酸鈉型 | >1 | <1 | <0 |
| 重碳酸鈉型 | >1 | >1 | <0 | 海水 |
| 氯化鎂型 | <1 | <0 | <1 | 深層水 |
| 氯化鈣型 | <1 | <0 | >1 |