חקר משאבי המים קרוי הידרולוגיה. במסגרת המחקר ההידרולוגי לומדים את התנועה, ההיקוות ואיכות המים על פני כדור הארץ כמו כן את מחזור המים וחלוקתם הראשונית ע"פ קווי פרשת המים. אלו נחלקים ל"קו פרשת המים העליון", "קו פרשת המים התחתון" ו"קו פרשת המים המקומי".
"קו פרשת המים העליון" הוא קו המפריד את הנגר העילי לשני אגני ניקוז. הנגר העילי הוא המים הזורמים על פני השטח, על גבי הקרקע. קו זה מושפע מהמבנה הטופוגרפי של פני השטח.
"קו פרשת המים התחתון" הוא קו המפריד לשני אגני ניקוז את הנגר התחתי. הנגר התחתי הוא מים המחלחלים בתת הקרקע. קו זה מושפע מהמבנה הגיאולוגי של שכבות הסלע.
"קו פרשת המים המקומי" הוא קו המפריד בין אגני ניקוז. דוגמא לכך היא קו פרשת המים הארצי המפריד בין מי הגשמים המתנקזים מזרחה (לירדן, לים המלח ולערבה) ומערבה (לים תיכון).
הידרולוגים מגיעים מרקעים שונים: כדור הארץ, מדעי הסביבה, גיאוגרפיה פיזית, גיאולוגיה או הנדסה אזרחית וסביבתית ומשתמש בשיטות אנליטיות שונות וטכניקות מדעיות לאסוף ולנתח נתונים כדי לסייע בפתרון בעיות הקשורות במים כגון שימור סביבתי, אסונות טבע וניהול משאבי מים. תחומים של הידרולוגיה כוללים הידרומטאורולוגיה, הידרולוגיה של פני השטח, הידרוגאולוגיה, הידרולוגיה ימית וניהול אגני ניקוז.