В XIII веке арабский учёный Закария ибн Магомет ибн Махмуд аль-Казвини (1203—1283) описал связь приливов с движением Солнца и Луны, но объяснял их согреванием вод под божественным влиянием. Когда выяснилось, что вода при нагревании может переходить из жидкого состояния в газообразное, стало очевидно, что под воздействием солнечного тепла прогревается поверхность океана и вода превращается в пар.

Тем самым было положено представлению о кругообороте воды в природе. Одним из первых свои соображения по этому поводу высказал итальянец Леонардо да Винчи. Он указал на значение водопроницаемых геологических пород для образования водоносных слоёв в Альпах и выдвинул идеи о механизмах восполнения подземных вод и возникновения источников в низинах.

В 1580 году во Франции был издан труд Бернара Палисси «Чудесные рассуждения о природе вод и источников естественных и искусственных, о металлах, солях, камнях, землях, об огне и эмали, со многими другими тайнами предметов, встречающихся в природе. С прибавлением трактата об удобрении земли, всё представленное в виде разговоров, которые ведутся Теоретиком и Практиком». Палисси одним из первых определил дождевые осадки основным источником питания рек и подземных вод. Он также впервые высказал гипотезу о том, что раковины и другие окаменелости это ископаемые останки древних животных.

Поворотным пунктом в формировании представления о кругообороте воды в природе стали исследования француза Пьера Перро (Pierre Perrault, 1608—1680) которому было поручено соорудить водопровод для Лувра. В процессе этой работы Перро измерил отдельные элементы круговорота воды и доказал, что сумма осадков в одном из районов верхней части бассейна реки Сены почти в шесть раз превышает расход воды её вышележащего притока. Иными словами, оказалось, что именно осадки обеспечивают ток воды в реках, а часть влаги на сушу поступает из моря. В 1674 году Перро анонимно опубликовал книгу «On the Origin of Fountains» (О происхождении фонтанов).

В XVII веке немецкий учёный Атанасиус Кирхер опубликовал книгу, в которой обобщил накопленные сведения о вулканах Земли, гидросфере, морских течениях, ветрах и кругообороте воды в природе. Он пришел к заключению, что морская вода поступает по подземным каналам в пустоты в земных недрах, а откуда после возгонки вытекает, питая родники и реки. Местоположения таких стоков были отмечены на составленной им карте мира водоворотами в Балтийском, Белом, Каспийском, Норвежском, Персидском, Чёрном и других морях сообщающихся с ближайшими бассейнами через подземные протоки.

С точки зрения Кирхера мифический Мальстрем у Лофотенских островов близ берегов Норвегии связан подземной протокой с водоворотом на севере Ботнического залива, а затем с водоворотом в Белом море. Тем же способом Каспийское море соединено подземными протоками с Чёрным морем и Персидским заливом.

В середине XVII века первые количественные концепции формирования подземных вод в результате инфильтрации атмосферных осадков сформировали французские ученые Пьер Перро (Pierre Perrault, 1608—1680) и Эдм Мариотт (Edmе Mariotte, 1620—1684). Они исследовали водный баланс реки Сена и доказали, что источником воды были выпадающие в её бассейне атмосферные осадки. Примерно к этому времени (1654 год) относится создание герцогом Тосканским первой международной сети гидрологических наблюдений. Появление пунктов гидрологических и метеорологических наблюдений в Европе создали основу для последующих суждений о природе воды и её перемещению на планете.

Карта мира Атанасиуса Кирхера с морскими течениями, 1667 год.