水文学中最基本的原理之一，通常可以用水量平衡方程表述：

式中为输入水量；和为相应的输出水量和蓄水变化量。输入水量大于输出水量时，为正，反之为负。水量平衡方程是质量守恒原理在水文学中的一种表达形式。水量平衡方程可用来分析计算水量平衡要素，如多年平均降雨量减去径流量，可估计出多年平均蒸发量。考虑到水体的不可压缩性，水量通常以体积为衡量单位。降水量、径流量、蒸发量等是常用的水量平衡要素。水量平衡研究在区域（空间尺度）和时段（时间尺度）上，随不同的研究目的有很大的差异。例如，研究中国大陆水资源状况，需要进行连续多年的水量平衡分析；研究一次较小范围降雨形成径流的过程，只需数小时或数十小时的水量平衡分析。从地球系统来说，水量平衡的区域可以是大气系统、流域系统、土壤系统、地下水系统等。

全球的总水量是平衡的，一个地区的水量平衡特点反映了该地区的气候和地理特征。在地球的各区域中，南纬10°～北纬10°地带的水平衡中，降水大于蒸发，表现出热带雨林气候特征；北纬10°～35°和南纬10°～40°地带的水量平衡中，蒸发大于降水，表现出炎热干旱的气候特征。就地区而言，在干旱、半干旱地区的黄河流域水量平衡中，蒸发量占降水量的80%，径流量只占降水量的20%；在温暖湿润的长江流域水量平衡中，蒸发量占降水量的48%，径流量占降水量的52%；在处于印度洋西南气流迎风坡的潮湿多雨的雅鲁藏布江流域水量平衡中，蒸发量只占降水量的32%，而径流量占降水量的68%。就水体而言，在湿润多雨地区的湖泊水量平衡中，主要输入水量和输出水量是入湖径流量和出湖径流量，而湖面蒸发和降水所占的比例很小；在干旱、半干旱地区的水量平衡中，主要输出水量为湖面蒸发。有些内陆湖甚至没有出湖径流，湖水完全消耗于蒸发。

表1所示为世界分区水量平衡，表2为世界各大洲水量平衡。