Apa fosilă sau paleoapă este un corp de apă străvechi care a fost păstrat într-un loc neperturbat. De obicei, este vorba de apa subterană dintr-un acvifer. Aceasta poate rămâne în subteran timp de milioane de ani. Alte tipuri de apă fosilă pot include lacuri sub gheață, cum ar fi Lacul Vostok din Antarctica. Termenul poate fi folosit pentru a descrie apa veche de pe alte planete.
UNESCO definește apa subterană fosilă ca fiind "apa care s-a infiltrat de obicei cu milenii în urmă și adesea în condiții climatice diferite de cele actuale și care a fost stocată în subteran de atunci".
Estimarea timpului de când s-a infiltrat apa se face cu ajutorul izotopilor. Unele acvifere au o adâncime de sute de metri și se află sub suprafețe vaste de teren. Tehnicile de cercetare în acest domeniu se dezvoltă rapid, iar baza de cunoștințe științifice este în creștere. Pentru multe acvifere, cercetările lipsesc sau sunt contestate în ceea ce privește vârsta apei și comportamentul apei în interiorul acviferului.