根据服务目的和内容，水文实验研究可分为：径流形成过程的研究，包括降水、蒸散发、降雨径流关系、径流过程、土壤水及地下水动态的研究；为环境保护服务的水化学平衡和植物生态实验研究；为水资源评价，为农田、森林、草原、都市建设和为水土保持服务，对不同自然地理条件和人类活动影响下的水文规律的实验研究；干旱半干旱地区、灌溉地区、内陆河地区以及某些特殊地区（如岩溶、冰川、冻土地区）和特殊径流形式（如泥石流）的水文实验研究等。各种水文要素的测验方法和仪器设备研究也是重要内容。以上各种类型的水文实验研究，主要通过自然实体和人工模拟体进行，前者如代表性流域、实验流域、各种试验场等；后者如人造的集水区、人工坡面和土体等。这两者是相辅相成的。例如在径流实验中，一方面由代表流域作长期、系统观测，又由实验流域作有控制的对比、重复试验，有时仍难以达到目的，还必须利用条件更概化和单一的径流场、称重土体、人工模型等在野外或实验室内用进一步控制的人工仿雨或人工气候条件，对各别水文因素作进一步的实验和分析。