水文实验站的根本任务不局限于实验站所在地域的水文问题，它是通过共同性课题的实验研究服务于水文站网和水文业务。水文实验站有收集野外测验资料和提出研究成果两种职能，要求配备精良仪器设备和有一定水平的实验研究人员。水文实验站依据需要有重点地设置和发展，在水文站网中所占的数量比重虽小，但对于推动水文工作、提高水文科学的水平却起着很大的作用。

水文实验站最早起始于20世纪30年代。1934年苏联和美国分别建立了瓦尔达和科维塔水文实验基地。中国于1953年起，相继建立了一些径流实验站，包括水库水文泥沙、水土保持、湖泊水文气象、河口和河道水文、蒸发、雨量和水文测验方法等不同类型的水文实验站。

不同类型的水文实验站，在站址勘选、测验项目的配置和工作内容方式等方面有所不同。大体上可划分为综合性实验站和专门实验站两种。①综合性实验站。一般通过选择某个或几个水体和流域系统，要求运用水量平衡理论和符合统计学原理的对比等方法进行实验研究。观测实验项目一般比较齐全，并突出所要研究的课题内容。各种自然区域所设的径流实验站，以及水库水文泥沙实验站等多具有多目标和综合性。②专门实验站。测试项目和内容相对单一，如雨量、蒸发、河道（泥沙）、测验方法实验站等。以蒸发实验站为例，主要使用蒸发池、蒸渗仪等器具观测蒸发，同时测定有关气象要素，以探求相互之间的关系。

水文实验站一般与常规水文站结合，但需另增设测流缆道等仪器设备，以利实时收集测洪、测沙的实验资料。由于复现某些自然界水文现象将使实验周期过长，也由于在自然界中很难选择到符合要求的、兼备各种条件的水文实验实体，因此需要采取人工干预等积极的实验途径。如人工模拟降雨，模拟均质和非均质土壤入渗、人工控制地下潜水位、设置概化单一的人工坡面和水平衡场，有意识地保留或改造单一的下垫面特性形成可对比的实验条件等。水文实验站依照水文实验研究的技术程序进行工作，要有明确的目的任务和分阶段实施的计划安排。当一般站网上的仪器设备不能满足要求时，需要设计和配备专门的测验装置。同时，水文实验站应制定观测实验和资料整理等有关的技术规定，保证资料的可靠性和可比性。实验研究报告和经初步整理的观测实验资料要及时刊印，更好地为用户服务。