包括水量平衡要素及水文情势等方面的变化。按不同时间尺度，水文效应可分为短暂快速变化和长期缓慢变化水文效应；按不同规模可分大、小水文效应；从性质上则可分为可逆和不可逆水文效应等。水文效应有自然和人为两个方面。自然方面主要是对气候变化引起的效应，研究大多着重于全球气候变暖趋势的影响。人为方面主要是对人类活动引起的响应，着重于土地利用变化和水利工程等对天然径流过程的直接干预所引起的影响。

气候变化带来了各种气象要素的变化，如降雨、气温、气压、风等等，以及引起的流域下垫面产汇流特征的改变，而带来对水文过程的改变和水文情势的影响。气候变化中气温的变化是核心，降水和蒸散发是水文效应的直接因素。降雨量和蒸发量的时空过程变化，除直接影响到径流时空过程的变化，还通过对流域下垫面土地覆被的影响，间接地影响水文过程。

气候变化的水文效应是多尺度、全方位、多层次的，正面和负面影响并存，但它的负面影响更受关注。气候变化是客观存在的，原因有多方面。部分科学家认为全球气候变暖的趋势责任在人类。在人为因素中，主要是由于工业革命以来人类活动，特别是发达国家工业化过程的经济活动引起的。石化燃料燃烧和毁林、土地利用变化等人类活动所排放温室气体导致大气温室气体浓度大幅增加，温室效应增强，从而引起全球气候变暖。全球气候变暖的水文效应已在全球许多地区显现，如海平面升高、冰川退缩、冻土融化、河（湖）冰迟冻早融等，从而导致灾害性气候事件增加，沿海地区遭受洪涝、风暴等自然灾害影响更为严重。海平面上升致使小岛屿国家和沿海低洼地带甚至面临被淹没的威胁；冰川和积雪融化加速，水资源分布失衡，生物多样性受到威胁等。

人类生产生活过程中对水文过程有直接和间接的影响。例如，①水利工程措施，如兴建蓄水库、蓄洪区、防洪堤坝、水闸等，阻断了天然径流过程，造成水面蒸发增加等水文效应；修建大型水电站、排灌站、跨流域引水工程等，直接改变河湖径流的时空过程和水文循环。②河湖取水灌溉，面广量大，除直接减少了河湖天然径流量外，还改变了流域坡面的蒸散发和径流过程。③地下水开采，造成地下水位下降，改变了地下水的天然排泄通道和补给条件，以及地下水与流域坡面径流间的交换过程。④森林砍伐、山地垦殖、草场放牧、沼泽疏干、城市化建设等，加大了地表径流，减少了地表下渗量。城市化改变了流域河网水系，因而改变了地表径流过程，对流域水文过程将产生负面效应。水土保持、退田还林还湖等将产生正面效应。随着社会经济的发展和人口的增加，土地利用变化巨大，故水文效应影响显著。⑤工农业生产、城市生活废水及各种有害物质的排放，污染了水质，恶化了水生态环境。