Fosilní voda neboli paleovoda je starobylý vodní útvar, který se zachoval na neporušeném místě. Obvykle se jedná o podzemní vodu ve vodonosné vrstvě. Může zůstat pod zemí po miliony let. Mezi další typy fosilní vody mohou patřit jezera pod ledem, například antarktické jezero Vostok. Termín může být používán k popisu dávné vody na jiných planetách.
UNESCO definuje fosilní podzemní vodu jako "vodu, která pronikla do podzemí obvykle před tisíciletími a často za klimatických podmínek odlišných od současných a která se od té doby uchovává v podzemí".
Odhad doby, kdy voda pronikla do půdy, se provádí pomocí izotopů. Některé vodonosné vrstvy jsou stovky metrů hluboké a pokrývají rozsáhlé plochy půdy. Výzkumné techniky v této oblasti se rychle vyvíjejí a vědecká znalostní základna se rozrůstá. U mnoha vodonosných vrstev chybí výzkumy nebo jsou sporné, pokud jde o stáří vody a chování vody uvnitř vodonosné vrstvy.