一、含水层系统
(一)含水层结构系统
松嫩盆地含水层系统结构可分为“单层结构含水层系统”、“双层结构含水层系统”和“多层结构含水层系统”3种类型。单层结构含水层系统由第四系潜水和承压水含水层组成，分布在西部山前倾斜平原;双层结构含水层系统由第四系孔隙含水层和白垩系孔隙-裂隙含水层组成，分布在东部和北部高平原;多层结构含水层系统由第四系孔隙含水层、古近-新近系孔隙-裂隙含水层和白垩系孔隙-裂隙含水层组成，主要分布在中部低平原。
(二)含水层介质系统
西部山前倾斜平原:含水介质颗粒大，主要为第四系中、上更新统砂砾石层和下更新统冰水堆积物，霍林河、洮儿河等西部山前倾斜平原南部含水层除第四系，还有白垩系四方台组、明水组粉砂岩、细砂岩。
中部低平原，具有多层含水层结构，含水介质非常复杂，主要有第四系上更新统冲湖积细粉砂、中细砂、砂砾石，下更新统冲湖积砂砾石，新近系泰康组细砂岩、中砂岩、砂砾岩，大安组细砂岩、中砂岩、砂砾岩，古近系依安组细砂岩、中砂岩、砂砾岩，和白垩系四方台组、明水组粉砂岩、细砂岩。
东部高平原，含水介质主要为中更新统冲洪积砂砾石，中、下更新统冲洪积砂、砂砾石，下更新统冲湖积砂砾石和上白垩统四方台组、明水组粉砂岩、细砂岩，下统青山口组、泉头组粉细砂岩、细砂岩、砂砾岩。
(三)含水层层次系统
在垂向上主要有浅层含水层系统和中深层含水层系统。浅层含水层系统主要为第四系中、上更新统和部分下更新统潜水含水层;中深层含水层系统包括第四系下更新统承压含水层、新近系泰康组、大安组承压含水层，古近系依安组承压含水层以及上白垩统四方台组、明水组，下统青山口组、泉头组含水层。
浅层含水层系统在平面上可基本分为4级:第一级是松嫩平原松散层孔隙含水层系统;第二级按照松嫩平原二级地表水系对浅层含水层形成的控制作用分为嫩江、第二松花江和松花江干流二级孔隙含水层系统;第三级是在二级的基础上按照三级地表水系对含水层形成的控制作用，作进一步划分;第四级是在三级的基础上主要按照次一级河流所形成的冲洪积扇进行划分，如霍林河冲洪积扇、洮儿河冲洪积扇等。中深层含水层系统在中部低平原区主要分为第四系下更新统承压含水层系统、泰康组承压含水层系统、大安组承压含水层水系统、上白垩统承压含水层系统;在高平原主要白垩系承压含水层系统。
二、输入输出系统
(一)浅层地下水的输入输出系统
山前倾斜平原地下水主要接受降水补给和大兴安岭山地的各条河流的补给。中部低平原潜水以降水补给为主，同时接受西部山前平原、东部高平原地下潜流的补给，霍林河、乌裕尔河、双阳河流入低平原后散流成为潜水的补给源。湖泊、水库、渠道的渗漏也补给潜水。低平原中部承压水顶托越流补给上覆潜水。东部高平原地下水主要接受大气降水入渗和来自小兴安岭、长白山区基岩地下水的侧向径流补给。
浅层地下水的输出系统，西部山前平原潜水越流补给第四系承压水、泰康组承压水及白垩系承压水，人工开采也是一种重要的输出方式。中部低平原浅层地下水主要是嫩江、松花江沿岸河流排泄和人工开采排泄。低平原、东部高平原及西部山前倾斜平原的过渡边缘局部地段有泉水溢出排泄。东部高平原地下水由高向低汇入各自流域水系河谷，最终排泄汇入松花江干流。地下水主要以径流及人工开采方式排泄。
(二)深层地下水的输入、输出系统
深层地下水输入系统。低平原多层承压水的补给来源主要有西部山前倾斜平原和东部高平原的侧向径流补给及相邻含水层的越流补给。承压水盆地周边一般上层水以越流或“天窗”形式向下补给下层水，低平原中部或低洼处，下伏承压含水层的地下水向上越流补给上覆含水层。高平原承压水盆地的第四系承压水直接接受邻区潜水的侧向径流补给和潜水自上而下的天窗或越流形式补给。白垩系承压水在东部高平原地区可得到潜水补给和山区地下径流的侧向补给。
深层地下水输出系统。低平原中部或低洼处，下伏承压含水层地下水向上越流排泄于上覆含水层，形成承压水的排泄区。目前，人工开采也是承压水的主要排泄方式之一。高平原承压水盆地的第四系承压水以地下径流方式向低处河谷方向运动，并排泄于河谷潜水。白垩系承压水或构造裂隙水在东部高平原地区以径流的方式向盆地中部运动，再向上越流、泉及人工开采的形式排泄。
三、地下水流动系统
松嫩盆地在东西向剖面上可划分三级地下水流系统。东部区域地下水流系统和西部区域地下水流系统，分别包含有中间性地下水流动系统和局部地下水流动系统。松嫩平原是包含多个含水层的盆地，各含水层都具有各自相对独立的水流系统，在剖面上形成了浅层、中层和深层相互联系、又相对独立的地下水流动系统。第四系孔隙潜水受地形地貌条件控制，常形成局部地下水系统;第四系孔隙承压水在一些地段形成中间性地下水流动系统;接受东部和西部补给的第四系孔隙承压水、古近-新近系和白垩系裂隙孔隙承压水主要形成了区域地下水流系统。
东北松嫩平原地下水系统结构模式见图3-6-2。