천층과 달리 심층 지하수계는 물과 광물의 접촉시간이 길어, 둘의 화학반응이 중요하다. 즉, 풍화에 따라 용존 물질 농도는 높아지고, 광물에 따라 무기물 농도가 바뀐다.
천층 지하수계에서 물과 광물이 접촉하는 시간이 짧으면 물속 용존 물질의 농도는 낮아지고, 이러한 환경에서는 지하수가 지표수로 배출되기 전까지 제한된 화학 반응만이 일어난다. 심층 지하수계에서는 천층 지하수계에 비해 물과 광물이 접촉하는 시간이 훨씬 길다. 그 결과 시간이 경과함에 따라 토양 내 미생물과 관련된 반응보다 물과 광물 사이의 화학적 반응(지화학적 풍화작용)이 더 중요하게 작용한다. 즉, 풍화작용이 진행됨에 따라 물속 용존 물질의 농도는 높아지고 풍화가 일어나는 광물의 화학적 조성에 따라 물속에 용해된 무기물의 상대적인 농도가 변하게 되는 것이다.