به منظور ارزیابی کیفیت منابع آب زیرزمینی دشت فریمان-تربت جام و بررسی عوامل مؤثر بر آن، 26 نمونه آب از چاه های منطقه (عمق 70 تا 260 متر) برداشته شد. پارامترهای pHو ECدر صحرا، غلظت یون های کلسیم، منیزیم، کلر و بیکربنات با استفاده از تیتراسیون، غلظت سدیم و پتاسیم با استفاده از نورسنج شعله ای، غلظت نیترات و سولفات با استفاده از اسپکتروفتومتری، و غلظت عناصر بالقوّه سمی آرسنیک، سرب و کادمیم توسط دستگاه ICP اندازه گیری شد. تیپ و رخساره نمونه های آب دشت فریمان-تربت جام در طی مسیر جریان، و تحت تأثیر عوامل طبیعی و انسانزاد، از بیکربناته سدیک در منطقه تغذیه، به کلروره سدیک در میانه دشت، و سولفاته سدیک در منطقه تخلیه تغییر می کند. نتایج به دست آمده نشان می دهد که آب زیرزمینی در تعادل با کانی های کربناته (کلسیت، دولومیت و آراگونیت) بوده، و فرآیندهای تبخیر، انحلال، و تبادل یونی معکوس از عوامل طبیعی مؤثر در ترکیب شیمیایی نمونه های آب است. نمونه های مورد مطالعه عمدتاً در رده ی شوری متوسط تا بالا (رده III، هدایت الکتریکی بین 1300 تا 3000 میکروزیمنس بر سانتی متر) قرار می گیرند و برای آبیاری محصولات با تحمل شوری بالا مناسب هستند. محاسبه ی شاخص کیفیت آب نشان می دهد که آب های زیرزمینی مورد مطالعه از نظر مصارف شرب در رده ی خوب (منطقه تغذیه، و در تماس با سازندهای آهکی) تا بسیار ضعیف (منطقه تخلیه، و در تماس با سازندهای شیلی و تبخیری) قرار می گیرند. محاسبه ی ضریب لانژلیه نشان دهنده ی کیفیت نامناسب آب زیرزمینی منطقه برای مصارف صنعتی است. آبخوان فریمان-تربت جام در مناطق متأثر از سازندهای شیلی و آتشفشانی، و همچنین در اثر فعالیت های کشاورزی و تخلیه فاضلاب مناطق مسکونی، به فلزات آرسنیک، سرب (بیشتر از 10 میکروگرم بر لیتر) و کادمیم (بیشتر از 3 میکروگرم بر لیتر) آلوده است.