Chuyển động của nước trên Trái Đất có thể được đo đạc theo một số cách. Các số liệu này rất quan trọng cho cả việc đánh giá tài nguyên nước và hiểu được các tiến trình tham gia vào vòng tuần hoàn nước. Các nhà thủy văn học thường dùng các thiết bị sau để đo đạc:

Nước dưới đất

• Hướng dòng chảy
  • Piezometer - đo áp lực cột nước, từ đó có thể suy ra độ sâu nước ngầm (xem: thí nghiệm tầng chứa nước)
  • Độ dẫn nước, độ chứa nước
  • Các phương pháp địa vật lý
• Đặc điểm của đới thông khí
  • Infiltrometer - đo thấm
  • Đo độ ẩm của đất: Time domain reflectometer - Tensiometer -Capacitance probe

Dòng chảy mặt

• Stream gauge - Đo lưu lượng dòng chảy (xem: lượng dòng chảy (thủy văn học))
• Kỹ thuật đánh dấu
• Vận chuyển và lắng đọng trầm tích
• Quan hệ thủy lực giữa dòng chảy mặt và nước ngầm

Đo mưa, tuyết

• Disdrometer - Đo các đặc điểm của giáng thủy
• Sling psychrometer- độ ẩm không khí
• Radar - Đo các đặc tính của mây
• Thùng đo mưa - đo lượng mưa và lượng tuyết rơi
• Vệ tinh

Đo lượng bốc bơi

• Evaporation -Symon's evaporation pan
• Bốc hơi từ nước mặt
• Bốc hơi từ thực vật

Chất lượng nước

• Lấy mẫu
• Phân tích tại hiện trường
• Đo đạc các thông số vật lý (gồm cả hàm lượng trầm tích)
• Lấy mẫu và phân tích hàm lượng hợp chất hữu cơ
• Lấy mẫu và phân tích hàm lượng hợp chất vô cơ
• Lấy mẫu và phân tích lượng vi sinh vật

Kết hợp kết quả đo đạc và mô hình