区别于传统意义上的地表水、地下水的（常规）水资源，主要有雨水、再生水（经过再生处理的污水和废水）、海水、空气中水、矿井水、苦咸水等，这些水源的特点是经过处理后可以再生利用。各种非常规水源的开发利用具有各自的特点和优势，可以在一定程度上替代常规水资源，加速和改善天然水资源的循环过程，使有限的水资源发挥出更大的效用。非常规水源的开发利用方式主要有雨水利用、再生水利用、海水淡化和海水直接利用、人工增雨、矿井水利用、苦咸水利用等。

海水约占地球表面积的71%，具有十分巨大的开发潜力，海水水资源的利用和海水化学资源的利用具有非常广阔的前景。海水中主要成分（大量、常量元素，浓度大于1×10^-6毫克/千克）：阳离子有钠离子（Na⁺），钾离子（K⁺），钙离子（Ca²⁺），镁离子（Mg²⁺）和锶离子（Sr²⁺）5种，阴离子有氯离子（Cl^-），硫酸根离子（SO₄^2-），溴离子（Br^-），碳酸氢根离子（HCO^3-），碳酸根离子（CO₃^2-），氟离子（F^-）5种，其总和占海水盐分的99.9%。海水直接利用主要包括：①利用海水代替淡水做工业用水。②滨海城市的生活用水，如冲厕、冲道路、消防用水等。根据统计，城市用水中约70%是工业用水，主要作为冷却用水。海水即使通过淡化技术获得淡水，原则上也不能直接作为饮用水资源长期饮用，但可进入自然水体中作为淡水补充后才可用作饮用水资源，如新加坡。

海水淡化方法主要包括蒸馏法、反渗透法、电渗析法和冰冻法等。①蒸馏法，是海水淡化的主要方法，其优点是不受原水浓度的限制，淡化水纯度高、含盐量通常小于10，适用于大规模建厂；存在的主要问题是结垢严重，对设备腐蚀较重，排放的浓盐水影响近岸生态。②反渗透淡化法，是在压力推动下利用反渗透膜脱盐，除用于海水脱盐外还广泛用于苦咸水的淡化。反渗透淡化发展迅速，其装机容量仅次于海水蒸馏。③电渗析淡化法，含盐水在直流电场作用下发生离子迁移，阴阳离子分别通过阴阳离子交换膜，达到脱去溶液盐分的目的。电渗析的优点是工艺简单，易于普及和实现自动化；缺点是耗能较高。④冰冻法，利用降温的原理，从海水中析出冰晶，之后融化获得淡水。此方法不需要高温，也不会产生高温带来的腐蚀，运行安全可靠、无污染、水质好，具有良好的应用前景。