Грунтовые воды южной части песков, как и грунтовые воды северной части, залегают обычно в толще песков, подстилаемых суглинками и глинами, которые служат для них водоупором.
Глубина залегания грунтовой воды весьма разнообразна и находится в строгом соответствии с общим устройством рельефа. Наиболее высокое стояние вод, после соров, отмечается в солончаках, в замкнутых депрессиях среди песков, песчаных и супесчаных почв. Затем следуют равнинные пески и заросшие бугристые пески, в которых уровень грунтовой воды значительно опускается.
Несколько особняком стоят голые или слабо заросшие крупно-среднебугристые и грядово-барханные пески, в глубоких котловинах которых грунтовая вода вскрывается на глубине 1 —1,5 м.
В отличие от грунтовых вод Нарынских песков грунтовые воды южной части песков Северного Прикаспия являются сильно минерализованными хлоридными, а также сульфатно-хлоридными. Засоленность грунтовых вод, при прочих равных условиях, увеличивается с зарастанием песков.
Пресные грунтовые воды в пустынной части песков Северного Прикаспия встречаются только в котловинах голых или слабо заросших крупно-среднебугристых и грядово-барханных песков. Эти воды залегают в виде линз («подушек») на поверхности минерализованных вод, и образование их связано с накоплением инфильтрационных вод, поступающих внутренним стоком со стороны голых или слабо заросших бугров и барханов. Запасы пресных вод в указанных песках весьма различны и в общем незначительны. Многочисленными наблюдениями установлено, что в результате естественного зарастания песков, а также интенсивного водозабора в кудуках эти воды постепенно истощаются и часто совершенно исчезают.
Рассмотрение аналитических данных показывает, что по составу солей в песках южной части Северного Прикаспия могут быть выделены следующие типы грунтовых вод: 1) гидрокарбонатный, 2) сульфатно-хлоридный и 3) хлоридный.