Menurut kajian ilmiah dalam bidang ilmu hidrogeologi, sumur zamzam hanyalah sumur gali biasa (Dug Water Well). Tidak ada yang istimewa dibandingkan sumur gali lainnya. Namun demikian, sumur zamzam memiliki makna religi yang patut untuk dijaga kelestariannya. Sebab sumur zamzam adalah salah satu peradaban Islam yang harus dilestarikan. Apalagi, banyak hadis Nabi SAW yang menyatakan keutamaan dari air zamzam.

Sumur zamzam memiliki kedalaman sekitar 30,5 meter. Dari permukaan hingga kedalaman 13,5 meter, sumur zamzam menembus lapisan Alluvium Wadi Ibrahim. Lapisan ini merupakan lapisan pasir yang berpori. Lapisan ini berisi batu pasir hasil distirbusi dari lain tempat. Mungkin saja dahulu ada lembah yang dialiri sungai yang saat ini sudah kering. Atau dapat pula merupakan dataran rendah hasil runtuhan atau penumpukan hasil pelapukan batuan yang lebih tinggi topografinya.

Kemudian, dibawah lapisan Alluvial Wadi Ibrahim ini terdapat setengah meter (50 cm) lapisan yang sangat lulus air (permeable). Lapisan inilah yang merupakan tempat utama keluarnya air-air di sumur zamzam.

Dan dari lapisan permeable hingga kedalaman 17 meter kebawah, sumur ini menembus lapisan batuan keras yang berupa batuan beku Diorit. Batuan beku jenis Diorit sangat jarang ditemui di Indonesia atau di Jawa, namun banyak dijumpai di Jazirah Arab. Pada bagian atas batuan ini dijumpai rekahan-rekahan yang juga memiliki kandungan air. ''Dulu ada yang menduga retakan ini menuju laut Merah. Namun tidak ada laporan geologi yang menunjukkan hal itu. Atau barangkali saya yang belum menemukan,'' ungkap Rovicky Dwi Putrohari, Anggota Ikatan Ahli Geologi Indonesia (IAGI).

Dulunya, diatas sumur zamzam ini terdapat sebuah bangunan berukuran 8,3 meter kali 10,7 meter atau seluas 88,8 m2. Lalu pada tahun 1381-1388 H bangunan tersebut ditiadakan untuk memperluas tempat Thawaf jamaah haji. Sehingga tempat untuk meminum air zamzam dipindahkan ke ruang bawah tanah.

Dibawah tanah ini disediakan tempat minum air zamzam sebanyak 350 keran air, terdiri atas 220 keran untuk laki-laki dan 130 keran untuk perempuan). Dan ruang masuk antara laki-laki dan perempuan juga dipisahkan. Namun, saat ini tempat masuk ke ruang bawah tanah ini sudah ditutup. Sehingga ruang untuk melakukan ibadah Thawaf menjadi lebih luas. Bagi umat Islam yang teliti, pada saat Thawaf masih dapat dijumpai sebuah tanda tempat sumur zamzam berada. Sumur itu terletak kira-kira 20 meter sebelah timur Kabah.