Forschungsobjekt der physikalischen Hydrologie ist das Wasser über, unter und auf der Erdoberfläche hinsichtlich seiner Unterteilung nach Raum und Zeit, seiner Zirkulation und seiner physikalisch, chemisch und biologisch verursachten Eigenschaften und Wirkungen. Die Wechselbeziehungen zwischen den natürlichen Voraussetzungen und den auf diese zurückwirkenden anthropogenen Einflüsse sind eingeschlossen. Ziele der Grundlagenforschung sind das Verstehen des globalen und lokalen Wasserkreislaufes einschließlich der zugrundeliegenden Naturprozesse, die Entwicklung von Modellen und die Gewinnung von Detailkenntnissen.
Die angewandte oder Ingenieurshydrologie beschäftigt sich mit der Lösung wasserwirtschaftlicher Probleme, der Nutzung des Wassers durch den Menschen, z.B. Wasserbau, Wasserversorgung.
Grundwissenschaften der Hydrologie sind Geologie, Physik und Chemie. Hilfswissenschaften sind Hydraulik, Wasserbau, Bodenkunde, Geographie, Limnologie, Meteorologie, Land- und Forstwirtschaft, Geoinformatik, Operations Research.