水量平衡是水循环的数量表示。即任一系统在任一时段内，输入（）与输出（）的水量之差等于蓄水量的变化量（）。从水量交换角度，水量平衡的区域划分为四个自然系统：大气系统、流域系统、土壤系统、地下水系统。水量平衡的主要要素是降水、蒸散发、径流、土壤水、地下水。这里的系统可以是一个土柱，一个流域，一个湖泊，一个地区等。在流域水资源的评价中，水量平衡要素取多年平均值，则。其水量平衡关系为：

式中为降水；为地表径流；为地下径流；为蒸散发；为流域蓄水或土壤水通量。上式可以用于评估流域多年平均土壤水通量，指示了保持水循环健全发展的浅层地下水可开采量。

17世纪时，随着人们对降水量和河流流量的观测增多，促进和加深了人类对水量平衡的认识。当时法国的E.马略特认为塞纳河的年径流少于年降水量的六分之一。1674年P.佩罗提出了水量平衡概念。此后，许多学者对全球水量平衡进行了多次计算。20世纪60年代以来，由于开发利用水资源的需要，已逐渐转向对中小尺度区域，包括流域及国家范围内的水量平衡研究。

中国水量平衡的地带结构：①年降水量大于1200毫米，辐射干燥指数等于或小于１，年蒸散发量的增率接近于零，年径流量的变化几乎完全取决于年降水量的变化。常见于东南与西南高山区。②年降水量小于200毫米，辐射干燥指数远大于１，有限的降水不敷蒸发消耗，很难产生径流。主要见于中国西北内陆、华北与东北的平原与盆地地区。③从数量上看，年降水量达到1200毫米左右时，水量平衡中的年径流量与年蒸散发量各占年降水量的一半。主要见于长江流域与珠江流域。④年降水量小于1200毫米而大于200毫米的广大地区，水量平衡中的年蒸散发量占年降水量的比率（干燥指数）大于年径流量比率（）。

水量平衡是水文现象和水文过程分析研究的基础，也是水资源数量和质量计算及评价的依据。水量平衡可与能量平衡结合起来进行研究，即水热平衡研究。它是现代自然地理学物质与能量交换研究的主要内容之一。水量平衡各要素组合特征（数量和对比关系），常用以构成划分地理区域的一种物质背景。通过水量平衡方程所建立起的水文要素之间定性或定量关系，是研究水文现象、了解其时空变化规律等的主要方法之一。水量平衡具有时空尺度效应，水量平衡计算与分析会随时间尺度、空间尺度变化而不同。人类活动或气候变化改变了水量平衡，则导致许多环境问题的出现。如大陆冰川蓄水量的变化，直接会导致海平面的升降等。研究水量平衡，对地球的生态环境保护有重要意义。