水文地质计算的计算方法主要有解析解法、物理模拟法、数值解法、系统分析方法以及概率统计方法等。

20世纪60年代以前，解析法曾是用于求解地下水水头和流量等水文地质问题的主要方法。但解析法中，无论是用于稳定流问题的裘布依公式，还是求解非稳定流问题的泰斯公式，其推导过程均基于众多假设条件。因此，实际应用过程中，当目标问题的水文地质条件满足上述假设时，两者求解过程与结论的有效性当然没有问题。但对于实际地下水系统问题的求解，由于地质与水文地质条件的复杂性，解析解法往往难以给出令人满意的计算结果。

物理模拟装置可以划分为连续型与离散型两类。离散型物理模拟是研究非稳定流渗流场一种较为理想的手段。其优点是其对于复杂的空间条件，边界条件和时间条件，具有很好的适应性，并易于处理像源、汇这样的奇异点问题，大大提升了其解决非均质问题和边界形状较为复杂等水文地质问题的能力。

常见的物理模拟法包含水力模拟、电模拟、黏滞流模拟以及薄膜模拟等方法。20世纪20年代，苏联学者巴甫洛夫斯基提出了电解液模拟，并在当时成为建（构）筑物地区渗漏问题研究的重要手段；50～60年代，随着电阻网模拟的兴起，网络和网络模拟得到发展；60年代中期，与计算机的结合模拟方法又得到了快速发展。

物理模拟可以根据实际情况来模拟空间与边界问题，因此大大提升了其对非均质问题和较为复杂的边界问题的解决能力。稳定流问题可用电解液和R网络模拟解决，非稳定流问题、特别是大系统的地下水资源评价问题可用网络和网络解决。

物理模拟和数值模拟原理相似，但前者制作成本较高，并且操作便捷性不如电子计算机，因此20世纪80年代以来，便逐步被数值法所代替。

20世纪60年代后期，由于电子计算机的发展，在水文地质计算中，数值模拟方法（数值法）逐步得到了应用与发展。水文地质数值方法解法种类较多，常用主要有有限差分法（有限差法）、有限单元法（有限元法）、边界单元法（边界元法）、特征线法和配置法等。水文地质数值法是按照一定的规则，将渗流区离散成多个均质的单元区，即认为每一单元内含水层具有同一参数；同时，利用不同的方法将描述渗流区地下水渗流运动的偏微分方程转化为结点方程（组），再求解这个线性方程（组），即可得到渗流区流量或其他水文地质参数。

研究自然界中随机现象统计规律的数学方法。又称数理统计方法。水文地质学中，数理统计方法是整理大量水文地质随机数据以及推断总体变化特征的重要手段。

随着计算机技术的发展，整合了数学模型和计算机技术的系统分析法，在地下水资源管理中得到了迅速应用。系统方法能够根据所在地区的自然条件（气象、地质、地貌等）与系统的关系，以及社会环境条件（经济、政治等）之间的关系，为所研究的系统确定一个最优目标。此外，时间序列分析在地下水计算中得到了应用，随机模型也被广泛应用于地下水资源管理。同时，随着水文地质和其他学科，尤其是计算机科学的发展与交叉融合，将产生更多、更新的方法以指导实际的生产实践。