建國初期，有人根據當時的科技手段推測出秦陵地宮深度為500至1500米，現在看來這一推測近乎天方夜譚。假定地宮挖至1000米，它超過了陵墓位置與北測渭河之間的落差。那樣不僅地宮之水難以排出，甚至會造成渭河之水倒灌秦陵地宮的危險。
盡管這一推斷懸殊太大，但卻首開了利用現代科技手段探索秦始皇陵奧秘的先河。
國內文物考古、地質學界專家學者對秦陵地宮深度也作了多方麵的研究探索。根據最新鑽探資料，秦陵地宮並沒有人們想像的那麼深。實際深度應與芷陽一號秦公陵園墓室深度接近。這樣推算下來，地宮坑口至底部實際深度約為26米，至秦代地表最深約為37米。這個數據應當說不會有大的失誤，這是依據目前勘探結果推算的。但是否如此尚有賴於考古勘探進一步驗證。
然而秦陵地區的地層中存在有多層自東南向西北流動的地下潛水，因此在地宮修築過程中遇到的最大一個困難，就是當下挖至潛水層以後如何排導多層的地下水，而且還要考慮地宮建成後的防水措施。但考古學家勘探出的一套地下阻排水係統，讓所有的難題都迎刃而解，也讓全世界所有的工程專家都歎為觀止。
這組地下阻排水係統隨陵園的自然地勢而精心布設，可以看出當年的設計者和施工者對陵區地質狀況的了解已達到相當程度，並具備極為高超的測量技術。將近繞陵一周的阻排水渠，環行在高低不平的地貌上，渠底的水平掌握需要測量得非常精確。勘探表明阻排水渠的底麵高差在一米左右，這樣則保證了渠中的水能夠按照設計意圖流向一處，排出陵園。後來選用青膏泥作為前段下層的封堵材料也十分高明，而且所用的青膏泥之多、夯層之厚，確乎超出想像。僅此一個秦陵地下阻排水係統，就足以充分說明秦代大型工程的設計和施工技術已臻化境。
這一係統的功效讓人十分滿意。地宮的建成本身就說明了排水係統的成功。而阻水係統，更是經曆了2200多年的時間檢驗。此次物探中，利用自然電場法和核磁共振法測出，在所推斷的墓室和地宮範圍內為不含水區，而阻排水渠外側（南段之南）的相同深度為含水區，從而證實這個地下阻排水工程迄今仍然在發揮著作用。
與之呼應的是地上排水係統。在陵園內不論是牆腳樓旁、封土周圍，均列有整齊的排水管道，形成一整套縱橫交錯的地表排水設施。它們能將生活用水、地表雨水迅速排到地勢低窪處，並引向陵園外。陵園外的防水工程乃是驪山山麓前築就的防洪大堤，以防範源自山間的洪水對陵園的破壞，時至今日它依然高高隆出地麵，長久以來被當地人稱為“五嶺”。
考古學的發現揭開了一個謎，但另一個謎又隨之而來。當初開挖的墓壙（坑穴）主體東西長170米、南北寬145米，開挖範圍和墓室均呈長方形；在墓壙邊沿建造有一圈巨大而且精細的夯土宮牆，高出地麵竟達30米，頂部距封土表麵最淺處隻有l米左右。這一圍繞墓室築就的細夯土牆，在所有其他陵墓中從未發現過，無疑是秦始皇陵的一個創舉。更令人驚奇的是外牆麵的9級台階上（每級寬兩米），都鑽探出殘瓦碎片——難道埋入土下的牆側台階上，竟然還修建了9圈長廊？這麼龐大的地宮如何布置在封土下麵？
據民間傳說，秦始皇陵地宮的洞室其實在現在人造封土以南直達驪山中心主峰望峰之下，這樣說其實也是有史籍依據的。《史記》記載：秦始皇三十七年（前210），丞相李斯向秦始皇報告，稱其帶了72萬人修築驪山陵墓，已經挖得很深了，好像到了地底一樣。秦始皇聽後，下令“再旁行三百丈乃至”。
“旁行三百丈”一說讓秦陵地宮位置更是撲朔迷離。民間曾傳說秦陵地宮在驪山裏，驪山和秦陵之間還有一條地下通道，每到陰天下雨的時候，地下通道裏就過“陰兵”，人歡馬叫，非常熱鬧。考古學家根據這個傳說曾作過很多考察，但卻一直找不到這個傳說中的地下通道。等到近年來專家們用遙感和物探的方法分別進行了探測，發現其實地宮就在封土堆頂台及其周圍以下。