表现为各种水文变量和水文现象。降水、蒸发、下渗和径流等是最基本的要素，水位、流速、流量、水温、含沙量和水质等也是较为常用的水文要素。水文要素通常由水文站通过水文测验直接测定，也可通过分析计算间接获得。水文要素的时空分布及其变化规律，是水文学及其相关学科研究的主要问题，直接关系到自然环境和人类生产生活的各个方面，例如降水量是衡量气候的主要物理量；径流量直接关系到水资源量的多少，涉及水资源开发利用和旱灾防治；水位、流量等是描述洪水大小的物理量，涉及洪涝灾害的防治；水体的水位、流速、水温和水质等直接关系到水生生物的生境；河流含沙量是流水地貌演变最主要的表征之一。

大气中水汽经冷却凝结后以液态或固态水等形式下降到地球表面的天气现象，单位为毫米。由空中降落到地面上的水汽凝结物，如雨、雪、霰雹和雨凇等，称为垂直降水；大气中水汽直接在地面或地物表面及低空的凝结物，如霜、露、雾和雾凇等，称为水平降水。中国国家气象局地面观测规范规定，降水量指的是垂直降水。

液体分子从物体表面即蒸发面，向大气逸散的现象，蒸发量单位为毫米。蒸发直接体现热量交换与水量交换过程的联系，蒸发过程是液体表面的物质转变为气态（汽化）的过程。温度升高时，液体表面的蒸气压升高，当液体表面的蒸气压超过这种液体的气态分子在空气中的蒸气压时，液体开始蒸发。蒸发的速率与液体的性质、温度、表面面积、表面污染物（如油斑等）和表面上方的气流速度有关。流域蒸发包括水面蒸发、土壤蒸发、植物散发和冰雪表面的蒸发，通常总称为流域蒸散发。

水分在分子力、毛细管引力和重力的作用下透过地面渗入土壤的物理过程，单位为毫米。土壤从干燥到湿润的下渗过程分为3个阶段：①渗润阶段。土壤相当干燥时，水分主要受分子力的作用，吸附在土壤颗粒之上，形成薄膜水。②渗漏阶段。土壤较湿润时，下渗的水分在毛细管引力和重力作用下，在土壤颗粒间移动，逐步充填粒间空隙。③渗透阶段。当土壤含水量大于田间持水量，直到达到饱和时，土壤孔隙中的水分主要在重力控制下运动形成径流，下渗处于小而稳定状态。下渗状况可用下渗率和下渗能力（容量）来定量表示。下渗率指单位面积、单位时间渗入土壤的水量，又称下渗强度；下渗能力指在充分供水和一定土壤类型、一定土壤湿度条件下的最大下渗率。影响下渗的因素有土壤的物理特性、降雨特性、流域地貌、植被和人类活动等。

降雨及冰雪融水在重力作用下沿地表或地下流动的水流，单位为立方米。流域的降水（包括灌溉等人类活动影响），扣除截留、下渗、填洼、流域蒸散发等水量后，形成径流，并由地面与地下汇入河网，最终流出流域出口断面。其过程称为径流形成过程。液态降水形成降雨径流，冰雪融水形成冰雪径流。中国的河流以降雨径流为主，冰雪径流只是在西部高山及高纬度地区河流的局部地段发生。流域径流过程可分为产流和汇流阶段。产流主要发生在流域坡面上，主要影响因素包括植被、土壤、坡度、土地利用状况及坡面面积和位置等。汇流阶段可分为坡面汇流和河网汇流阶段，主要影响因素包括流域坡度和径流所通过的介质。

水体的自由水面高出标准基面以上的高程，单位为米。中国采用统一规定的高程系统。标准基面通常有两种，绝对基面和测站基面，后者又称假设基面或临时基面。中国采用的绝对基面大都为黄海基面，即以青岛验潮站观测资料系列的多年平均海平面作为零点。由于历史原因，为保持资料的连续性，有些仍沿用吴淞基面。测站基面是水文测站专用的一种固定基面，一般以略低于历年最低水位或河床最低点作为零点来计算水位高程。水位通常采用设在水位观测站和水文站的水尺或自记水位计测量。

水流的速度，单位为米/秒。天然河道中的水流几乎都呈紊流，存在流速脉动现象，水流各质点的瞬时流速等于一定时间内的平均流速（称时均流速）和脉动流速之和。在水文学领域中，流速通常指平均流速。天然水域中，流速在河道断面上随时间和空间而变化。采用流速仪在监测断面各垂线的不同深度上测量测点流速，由垂线上测点流速计算垂线平均流速，然后计算断面平均流速。流速测量还有示踪法、声学多普勒法等。有时流速也可根据水力学公式计算。除河道水流流速以外，还有坡面径流、包气带径流、地下水径流、湖泊水流流速等。

单位时间内通过某一过水断面（水面以下的横断面）的水量，单位为米³/秒。过水断面可以是天然河道、输水渠道、输水管道横断面，也可以是湖泊水库的出口断面等。流量可分为瞬时流量和时段平均流量，后者可反映时段内的总水量。流量可直接测量，也可根据过水断面平均流速和过水断面面积计算。

水体中某一点或某一水域的温度，单位为℃。水温是反映水体热状况和水文情势的指标。水温低于0℃时，河流、湖泊、水库等水体可出现冰情。在中高纬度地区的冬春季节，河流冰情是重要的水文情势。水的热传导性比较小，20℃的水热传导率为0.5987瓦/（米·开），冰的热传导率为2.261瓦/（米·开），雪的热传导率最小，当雪的密度为0.1千克/升时为0.093瓦/（米·开）。水温时空变化大，对水文循环具有重要作用。例如冬季湖水上层水温随气温降低，低于下层水温，即逆温层，引起上下层湖水对流运动和湖水混合；水库处于正温层时，尤其是春夏季，水库下层的低温水排放，会影响水库下游的生态环境；地下水的温度冬暖夏凉，可作为地热资源开发利用；地球表层大部分被海水所覆盖，海水温度是海洋水文中最重要的因子之一，是热带气旋等气象现象的主要影响因素，对航海、捕捞业和水声等学科也很重要。水温通常在水文站和船舶上测量。

单位体积的浑水中所含干沙的质量，单位为千克/米³。含沙量是河流动力学主要研究对象，是研究河床演变的重要物理量。河流上游沙粒的粒径大，源头能看到鹅卵石，下游粒径小，只能看到泥沙。垂直方向上，河底是较粗的推移质，水体中是颗粒较小的悬移质。河流水库的泥沙时空分布和运动规律，主要取决于水动力条件，如水的流速、流态等。含沙量大的河流容易引起河床剧烈改变甚至改道，影响水文情势。测定含沙量采用取水样的方法。

反映水体质量状况的指标。水质指标很多，包含天然水化学指标和污染指标，标志着水体的物理（如色度、浊度、臭味等）、化学（无机物和有机物的含量）和生物（细菌、微生物、浮游生物、底栖生物）的特性及其组成的状况。地表水水质指标的监测项目分为常规项目和非常规项目两类。河流常规项目包括水温、pH值、溶解氧、高锰酸盐指数、化学需氧量、五日生化需氧量、氨氮、总磷、总氮等，非常规项目包括矿化度、总硬度、电导率、悬浮物、硝酸盐氮、硫酸盐、氯化物等，其他项目可根据水功能区和入河排污口管理需要确定。湖泊水库和饮用水源地水质监测应依据要求增加特定项目。