黑箱模型。将降雨作为流域系统的输入，则径流就是该系统的输出，由此建立是降雨-径流关系就是最简单的一种流域水文模型，这类模型通常又称黑箱模型或经验型模型。这类模型采用系统分析方法得到的降雨-径流关系仅仅是对流域系统过去输入和输出的一种幅值，缺乏对水文过程的描述。因此，这类模型不能处理流域系统中的变化因素，也就无法预测水文条件变化带来的影响，例如城市化，气候变化等对流域径流的影响。如年径流经验模型，小流域洪水经验模型。

概念性水文模型，在流域水文模型中考虑关键水文过程，采用一系列理想化的水文过来简化实际流域系统中的复杂水文过程，这类模型考虑了流域的产汇流机制，定量计算了流域地表径流、壤中流、地下径流以及坡面汇流和河网汇流等，模型参数大多具有明确的物理意义。如水箱模型，新安江模型。

分布式水文模型，这类模型基于对流域水文过程的机理，采用水动力学方程来描述主要水文过程，基于地理信息系统，采用分布式的模型结果来描述流域下垫面条件和降水的空间分布。如SWAT模型，GBHM模型 。