Usada para uma melhor compreensão do comportamento dos fenômenos hidrológicos no tempo e no espaço, facilitando a análise quantitativa e qualitativa dos processos de precipitação, evaporação, interceptação, infiltração e escoamento. Por exemplo, são muito utilizados para prever a resposta de uma bacia hidrográfica diante de alguma alteração, tal como, para prever enchentes em uma bacia hidrográfica diante das mudanças climáticas.

Busca avaliar além dos fenômenos fluviais, suas relações com a produção, deposição e descarga de sedimentos de uma bacia hidrográfica. Por exemplo, a partir de metodologias e softwares específicos é possível prever a vida útil de um reservatório levando em consideração alterações nos cenários de uso do solo de uma bacia e suas implicações no assoreamento.

Auxilia de forma direta na gestão de recursos hídricos, apoiando na decisão dos órgãos ambientais de licenciar novos empreendimentos. É uma ferramenta que possibilita a previsão dos impactos positivos ou negativos sobre um determinado curso d’água perante o lançamento de um efluente, sendo possível simular as concentrações de parâmetros, a interação entre eles, comparar cenários com diferentes lançamentos e condições ambientais, além de realizar prognósticos sobre a qualidade da água comparando os resultados obtidos com as legislações vigentes.

A modelagem tridimensional do rebaixamento de aquíferos reproduz as condições de fluxo e profundidade do aquífero. Assim, é possível simular o seu comportamento, avaliando sua migração vertical ao longo do tempo sob diferentes métodos de rebaixamento. Desta forma, é possível apresentar alternativas econômicas mais eficazes, com custos envolvidos na implantação e operação destes sistemas de rebaixamento.

Os usos múltiplos da água (abastecimento, navegação, geração de energia etc.) dependem da quantidade de água disponível nos rios. Assim, a previsão hidrológica é utilizada para minimizar as incertezas promovidas pelo clima nestes diferentes usos, melhorando assim o gerenciamento dos recursos hídricos em uma bacia hidrográfica.

Os modelos hidrológicos produzem previsões de vazão. Já os modelos hidráulicos, utilizam essa informação para gerar previsões no momento de extravasamento do rio e sua evolução espaço-temporal da inundação. Estes resultados podem oferecer informações para melhorar a eficácia dos alertas de risco de inundação, seja em ambientes rurais ou urbanos, nos quais lidam com recorrentes impactos de cheia.