Fossiles Wasser oder Paläowasser ist ein altes Gewässer, das an einem ungestörten Ort aufbewahrt wurde. In der Regel handelt es sich dabei um Grundwasser in einem Aquifer. Es kann für Millionen von Jahren unterirdisch bleiben. Andere Arten von fossilem Wasser können Seen unter Eis umfassen, wie zum Beispiel der Wostok-See in der Antarktis. Der Begriff kann verwendet werden, um altes Wasser auf anderen Planeten zu beschreiben.
Die UNESCO definiert fossiles Grundwasser als "Wasser, das in der Regel vor Jahrtausenden und oft unter von der Gegenwart abweichenden klimatischen Bedingungen infiltriert und seither unterirdisch gespeichert wurde".
Die Schätzung der Zeit seit dem Eindringen von Wasser erfolgt mit Hilfe von Isotopen. Einige Grundwasserleiter sind Hunderte von Metern tief und liegen unter großen Landflächen. Die Forschungstechniken auf diesem Gebiet entwickeln sich rasch, und die wissenschaftliche Wissensbasis wächst. Für viele Grundwasserleiter gibt es keine oder nur unzureichende oder umstrittene Forschungsarbeiten über das Alter des Wassers und das Verhalten des Wassers im Inneren des Aquifers.