Água fóssil ou paleowater é um antigo corpo de água que tem sido mantido em um lugar imperturbável. Normalmente são águas subterrâneas em um aquífero. Ela pode permanecer no subsolo por milhões de anos. Outros tipos de água fóssil podem incluir lagos sob o gelo, como o lago Vostok da Antártida. O termo pode ser usado para descrever águas antigas em outros planetas.
A UNESCO define águas subterrâneas fósseis como "água que se infiltrou geralmente há milênios e muitas vezes sob condições climáticas diferentes das atuais, e que tem sido armazenada no subsolo desde aquela época".
Estimar o tempo desde que a água infiltrada é feita usando isótopos. Alguns aqüíferos têm centenas de metros de profundidade e estão subjacentes a vastas áreas de terra. As técnicas de pesquisa no campo estão se desenvolvendo rapidamente e a base de conhecimento científico está crescendo. Para muitos aquíferos, faltam ou são disputadas pesquisas sobre a idade da água e sobre o comportamento da água dentro do aquífero.