松嫩平原地下水流系统在剖面上可划分为浅层地下水系统和中、深层承压水系统。浅层地下水系统循环受地形地貌控制，常形成局部水流系统，中、深层承压水系统在一些地段形成中间性地下水流系统，而接受东部和西部补给的中、深层承压水系统则主要形成了区域地下水流系统。浅层地下水系统和中、深层承压水系统之间存在不同程度的水力联系。
一、浅层地下水循环
浅层地下水总体循环趋势是地下水接受降水和来自西、北、东三面山区地下水的补给，分别经西部山前倾斜平原和北部岗状高平原、东部波状高平原，汇集来自南部的水流向3个二级地下水系统控制水系——嫩江、第二松花江和松花江干流河谷汇集，并以潜流和向河水排泄的方式向下流运动，地下水在径流过程中，蒸发和开采消耗了大量地下水，只有少部分沿松花江干流河谷流出松嫩平原。
西部山前倾斜平原是山区地下水的排泄区，同时也是低平原地下水的补给区。地下水除接受降水补给外，还得到来自大兴安岭山区河流的补给，河谷是汇聚山区地下水向平原区地下水补给的通道，也是地表水补给地下水的场所。山前倾斜平原地下水径流条件好，在含水层中平均滞留时间小于20 a。潜水主要以径流形式自西向东运动，补给低平原地下水，部分在扇形地前缘受阻溢出地表，此处潜水水位较高，潜水常以天窗或越流形式缓慢地向下补给第四系承压水、泰康组承压水及白垩系承压水，人工开采也是砂砾石扇形地地下水的一种重要的排泄方式。
中部低平原是地下水的汇集场所，潜水以降水补给为主，同时接受西部扇形地、东部浅丘状高平原和砂土波状高平原地下水径流补给。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。地下水在含水层中的平均滞留时间为30～40 a。受地形和含水层颗粒细的影响，地下水径流迟缓，蒸发强烈，在径流途中大量地下水在低平原区被蒸发消耗，从而产生土壤盐渍化，形成微咸水和半咸水。在嫩江、松花江河谷，低平原潜水可直接补给河谷潜水或向河流排泄，在大布苏泡周围地下水向湖泡排泄，在低平原与东部高平原过渡带及西部山前倾斜平原前缘局部地段有泉水出露。
东部高平原降水较多，地下水主要接受大气降水和来自小兴安岭、长白山区地下水的侧向径流补给，顺地势由高向低汇入各自流域水系河谷，并排泄于河中，最终汇入松花江干流。地下水在径流途中部分下渗补给下部承压水或构造裂隙水，在局部低洼处接受承压水的顶托越流补给。讷谟尔河以北的岗状高平原降水渗入率高，水力坡度较大，径流通畅，砂土波状高平原和黄土状土波状高平原降水入渗率小，径流条件差异较大。
跨越不同地貌单元（查成交价|参配|优惠政策）的河谷潜水，是勾通地下水的纽带，除接受降水和潜水补给外，还通过河谷接受山区地下水补给及灌溉回渗和承压水顶托补给。总体来说，嫩江右岸各支流和齐齐哈尔江段，乌裕尔河、双阳河霍林河下游，河水补给潜水；第二松花江与嫩江汇合处承压水顶托补给河谷潜水；东部高平原各河流主要是排泄地下水，只有在夏季洪水期河水位上涨，河水短时间倒灌补给潜水。河谷潜水主要以向河流排泄和蒸发排泄为主，人工开采也是地下水的排泄方式之一。
二、中、深层承压水循环
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。在承压水盆地周边一般上层水水位高于下层水水位，即在第四系承压水盆地周边潜水位高于第四系承压水位；在泰康组承压水盆地周边上部潜水或第四系承压水位高于泰康组承压水位；大安组承压水和白垩系承压水也是如此。上层水以越流或“天窗”形式向下补给下层水，而在低平原中部或低洼处，特别是第二松花江与嫩江汇合处，下伏承压含水层的水位则高于上覆含水层的水位，地下水向上越流补给上覆含水层，是承压水的一种排泄方式，目前，人工开采也是承压水的主要排泄方式之一。泰康组承压水顶板泥岩层，在莫莫格、舍力、龙山、水字井、查干泡一带大面积缺失，使泰康组含水层与上覆第四系承压水含水层直接接触，形成统一的含水系统，因此，泰康组承压水与第四系承压水水力联系密切。大安组承压水相对比较封闭，除扶余松拉河间地块的部分地区接受上覆含水层的天窗或越流形式补给外，其他地区主要接受砂砾石浅丘状高平原和西部山前侧向径流的缓慢补给，并以径流形式由四周缓慢地向第二松花江与嫩江汇合处汇集，在低洼处以顶托越流形式向上补给上覆含水层或河谷潜水，并通过河谷排泄，成为该层承压水的主要排泄途径。依安组承压水主要受讷漠尔河渗漏和西部山区基岩地下水的侧向径流补给以及白垩系上统承压水的顶托补给。
高平原承压水盆地的第四系承压水直接接受周围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，以径流形式向河谷方向运动，并补给河谷潜水。在扶余承压水盆地，承压水还向西径流补给低平原承压水。目前人工开采已成为东部高平原承压水的主要排泄方式，并形成多处地下水位下降漏斗。
三、地下水总循环
综上所述，松嫩平原地下水的主要补给来源是大气降水的垂直渗入，其次为山区地下水的侧向径流和地表水的渗漏。其中大气降水入渗是最普遍的地下水补给形式。主要排泄方式是蒸发、河流排泄、侧向径流及人工开采。地下水总的流动趋势是由东部、北部和西部三面山区流入平原，汇同来自南部松辽分水岭的径流，向盆地中部汇集，在第二松花江和嫩江汇流处的大安—松原一带形成松嫩平原区域地下水流排泄中心，之后通过松花江河谷潜水及河水向东流出松嫩平原。
松嫩平原地下水系统的输入系统由降水入渗、河水入渗、侧向径流和灌溉水回渗补给组成，其中以降水入渗占主导地位。输出系统由潜水蒸发、向河流排泄、向湖泡排泄、侧向径流排泄和人工开采组成，其中潜水蒸发和人工开采占主导地位。运转系统则是由浅层地下水系统和中深层地下水系统组成。其中浅层地下水包括嫩江二级地下水系统、第二松花江二级地下水系统和松花江干流二级地下水系统；中、深层地下水系统包括第四系孔隙承压水、新近系泰康组承压水、新近系大安组承压水和白垩系承压水。输入系统、输出系统和转运系统内部补、径、排关系错综复杂。地下水循环在不同地区虽有一定差异，但总的地下水循环状况是浅部积极、深部滞缓，周边积极、中部低平原滞缓。
从地下水水位分布来分析，在补给区地下水水位随含水层深度的增加而水位降低，即潜水水位高于第四系承压水水位，第四系承压水水位高于泰康组承压水水位，泰康组承压水水位高于大安组承压水水位。而在排泄区，在地下水水位随含水层深度的增加而水位增高，在低平原中部，第四系潜水水位最低，第四系承压水水位高于潜水水位，新近系、古近系承压水水位分别高于上覆含水层水位。
