根据水均衡原理，可直接写出某一均衡区在其均衡期内不同条件下的水量均衡方程。为计算方便，均衡方程式中各项均以水层厚度表示，常用单位为mm。
（一）陆地上某均衡区总水量均衡方程
陆地上某一地区现实状态下某一均衡期总水量均衡方程的一般形式为：
（x+y1+w1+Z1+R1）（y2+w2+Z2+R2）=Δω=V+P+μΔh （6-1）
式中：x为大气降水量；y1、y2为地表水流入量和流出量；w1、w2为地下水径流流入量和流出量；Z1、Z2为水汽凝结量和蒸发量（包括地表水水面、陆面和潜水的蒸发量）；R1、R2为人工引入和排出的水量；Δω为均衡区在均衡期内水的储存量的变化量；V为地表水变化量；P为包气带水变化量；μΔh为潜水变化量，其中，μ为潜水位变动带内岩石的给水度或饱和差，Δh为均衡期内潜水位的变化值，通常上升取正号，下降取负号。
图6-1 潜水均衡示意图
（假定地下水流动与剖面平行）
1—含水层；2—弱透水层；3—潜水位；4—高、低地表水位
（6-1）式中，等号左端第一个括号为补给项、第二个括号为消耗项，等号右端为均衡期内水的储存量的变化量。
（二）地下水均衡方程
潜水水量均衡一般应用较广，使用较普遍，通常，潜水水量均衡方程式的一般形式为（图6-1）：
（xf+yf+w1+Z′1+R′1+E）-（ws+w2+Z′2+R′2）=μΔh （6-2）
式中：xf为降水入渗补给量；yf为地表水对潜水的补给量；w1、w2为地下水径流流入量和流出量；Z′1、Z′2为潜水的凝结补给量和蒸发量；R′1、R′2为潜水的人工补给量与排泄量；ws为以泉或泄流形式的排泄量；E为越流补给量；μΔh为潜水储存量的变化量，其中μ为潜水水位变动带内岩石的给水度（水位下降时）或饱和差（水位上升时）；Δh为均衡期内潜水位变化值（通常，水位上升取正值，下降取负值）。
承压水的水量均衡方程，在大多数情况下较为简单，一般的形式为：
（W1+E1）（W2+R2k）=μ*Δh （6-3）
式中：E1为越流补给量；R2k为承压水的开采量；μ*为承压含水层的贮水系数（释水系数，或弹性给水度）；其余符号意义同前。
上述各均衡方程式为一般形式。对于不同条件的均衡区及同一均衡区的不同时间段（均衡期），均衡方程中的组成项目可增加或减少。多数条件下，某些均衡项可取消，方程式可简化。例如，通常凝结水补给很少，Z′1可忽略不计；地下径流迟缓的平原区，W1、W2趋近于零，可忽略不计；无越流的情况下，E不存在；地形切割微弱无泉水或泄流排泄，WS可舍去。如干旱半干旱平原地区，若地下水径流迟缓，且无越流补给，则潜水水均衡方程可简化为：xf+yfZ′2=μΔh，多年均衡条件下，μΔh=0，则有：xf+yf=Z′2，此式表示渗入补给潜水的水量全部消耗于蒸发，而在典型的湿润山区潜水均衡方程式多为：xf+yf=WS，即入渗补给的水量全部以径流形式排泄。又如，在封闭的北方岩溶泉域（均衡区），其雨季的水量均衡方程常为：（xf+yf）-（WS+R′2）=μΔh，而在旱季，地表水消失，取水活动停止，此时水量均衡方程可简化为：WS=μΔh，即岩溶泉水的流出量就是岩溶水的减少量。
分析上述各水量均衡方程可以看出，水量均衡方程均由三部分组成，即地下水系统的补给量、消耗量和均衡期内水量的变化量。在地下水补给量中，基本的水量均衡项目是：降水入渗量（xf）、地表水入渗量（yf）、地下水径流的流入量（W1），在某些情况下，越流补给量（E、E1）和人工补给量（R′1）也有较大意义；在消耗量中，基本的水量均衡项目是：潜水蒸水量（Z′1），地下水径流的流出量（W2），地下水的人工排泄量（R′2和R2K），有时，泉水的溢出量或向河流的排泄量（WS）和越流流出量（E2）也很有意义。
对不同目的的均衡，均衡项目还可以细分和合并，如xf+yf+Z1+E可合并为天然垂向补给量等。
地下水均衡各项目及数量的变化，是影响地下水动态要素变化的原因，例如潜水补给量xf或蒸发量Z′2发生变化，则必然引起潜水位的变化（Δh），但仍服从均衡方程式。
关于水中溶质和含水层的热量均衡，较水量均衡复杂，详见有关书籍。