一个油田投入开发，如果地下有多个油层，而且分层厚度不大，为节约资金、简化工艺，通常采取油井和注水井同时多层注采的方式进行开发，这种方式称为笼统注水开发。
大庆油田开发初期曾采用笼统注水开发方式，但因为这种方法不够精细，出现了“注水三年，水淹一半，采收率不到5％”的严重问题。于是提出分层注采开发理念，并开创了“六分四清工艺”（“六分”为分层注水、分层采油、分层测试、分层改造、分层管理、分层研究。“四清”为分层注水量清、分层采油量清、分层产水量清、分层压力清）。
油田开发是否要进行分层注水，这是由被开发油藏油层间的差异大小决定的。由于各油层都是独立封闭的储油体，它们形成油层的地质时期及其形成的条件有所不同，有的油层看上去像面包，孔隙很大；有的油层看上去像砖头或者磨刀石，虽然能吸水但看不出有孔隙，而且各油层含油气组分、原始压力以及温度、厚度、封闭条件等都有差异。其中孔隙大的油层出油容易，产油量大，压力下降快，在相同压力下注水，比孔隙小的油层吸水量多，注入水容易穿过油层从油井返出来。油井里有了出水层，就会使油井产油量大幅度下降。
对于注水井而言，在同一压力系统里对多油层进行注水，也会出现某些层段大量进水、某些层段进水少甚至不进水的情况，这样注不进水的油层里的油也就无法被驱替出来。
为了使各油层能按着配注量进行合理、均匀地注水，提高各油层的水驱油效率，石油工程师提出了分层注水的办法，作为油田注水开发最有效的办法，并得到非常广泛的应用。
在油田进行注水开发的初期，注水层通常只分两层，分层注水最简单的办法是在油管上接一个封隔器，放在要分开注水的两组油层之间，就像在油管外面套上一个环形密封圈，采用压缩或膨胀等方式使这个密封圈变形而紧贴在套管内壁和油管外壁上，把油管和套管之间的环形空间分隔开来，并保证在一定的压力和温度下也不会上下窜通。在地面上从套管阀门经过油套管环形空间给封隔器上面一个油层（组）注水，从油管阀门经过油管给封隔器下面一个油层（组）注水，注入量按各层需要的水量由地面进行控制，这种注水方式称为“一级两段分层注水工艺”。
科研人员又研制了装有可调换不同直径孔眼（配水嘴）的配水器，分别接在封隔器的上、下对着油层部位的油管上，同时在油管尾部加上一个单向阀，该单向阀是一个在注水时关闭、反向加压可以打开的装置。然后从油管注水，水通过配水器上不同直径的配水嘴分配不同的流量分别进入上、下油层（组）。这样就可以在一个压力系统下，既做到了分层，又可以随时给各油层调配合理的水量，必要时还可以反向循环进行冲洗井作业。
如果想使多个油层配注得更加合理，还可以按具体油层分成三段或四段，用三个或四个封隔器，安装三个配水器，或用四个或五个封隔器，安装四个配水器，就可实现三段或四段分层配注。分层配注的各层注水量必须经过测试，如果经测试需要对某层调配注水量，则将测调车开至井场，用投捞器把该层对应的配水器上的水嘴捞出井筒，更换成合适的水嘴后再投放到该配水器上，然后下入测调仪，检验注水流量是否合适。
技术经过不断地创新迭代，第三代分层注水技术已经开始被第四代分层注水技术取代，第四代分层注水技术将配水器内嵌在井下管柱中，并通过一根钢管电缆给井下仪器供电，同时将流量、压力等信号传输至地面控制系统，且能够调整分层水量，实现在线远程进行各层注水量的测调作业。