陕西省水资源与环境省级重点实验室的研究领域以水资源与环境相互作用为主体，涉及水文学、水资源、环境工程、自然地理、气候学、水利规划、农田水利、水文地质、区域经济、信息技术应用、遥感等等诸多领域。实验室在世界性水资源危机的背景下，针对我国西北干旱半干旱区水资源短缺、洪水灾害频繁和水污染日益严重的局面，在基础理论研究、应用基础、应用三个层次上逐步形成了八个主要研究方向，即：

（1）干旱水文及雨洪侵蚀

l  旱区水循环规律

l  旱区水资源评价特殊技术

l  黄土高原降雨产输沙与洪水泥沙预报

l  水土资源保护及环境生态效应

（2）水资源系统工程与水利信息化

l 旱区优化配置与管理

l 水库群优化调度

l 供水工程水源优化配置

l 水电站群补偿优化调度

（3）生态水文及环境经济

l 旱区生态水文

l 旱区资源环境经济

l 人类活动水文效应分析与预测

（4）农业水资源利用

l 旱区农业水文

l 土壤水分状况量测及预报

l 旱区节水灌溉技术

l 旱区节水型输配水技术

（5）水资源保护与可持续发展

l 点源污染控制

l 泥沙对污染物吸附与解吸过程

l 非点源污染负荷量估算

l 水环境规划与污染治理规划

（6）水污染防治技术

l 污水处理技术

l 重点污染企业水污染治理

l 污水处理厂优化布局

（7）地下水资源与环境

l 旱区地下水赋存与转化

l 溶质在土壤及含水层中运移规律及模拟

l 土壤水盐运动与盐碱地改良

l 地下水资源评价与污染防治

（8）区域经济与水资源管理

l 水资源对区域经济的支撑作用

l 工业经济发展与用水管理

l 农业水管理与灌溉节水

l 水价与生活用水管理