水文气象学是应用气象学的原理和方法，研究水文循环和水分平衡中同降水、蒸发有关问题的一门学科。它是气象学与水文学之间的边缘学科，既是应用气象学的一个分支，又是水文学的重要组成部分，其研究成果主要用于河道、水库的防洪兴利，以及水资源的开发利用和水利水电工程的规划设计。
20世纪30年代，美国天气局成立水文气象处，从气象资料推算可能最大降水和可能最大洪水，以满足防洪建筑设计的需要，这是水文和气象相结合的开始。随着气象雷达、气象卫星等探测技术的发展，从60年代以来，降水监测的水平有了很大提高，为降水短时预报与洪水预报的结合创造了条件，使水文气象学得到了新的发展。
在水文循环中，下渗、地下水及地面径流等，属水文学的研究范畴；而降水和蒸发，则为水文学和气象学共同关注的问题。从水文气象学的角度研究降水和蒸发主要有以下三个问题：与洪水预报相关的降水监测和预报，可能最大降水量的估算，蒸发量的估算。
降水监测是指在时间和空间上监测降雨量、降雨强度。测定降雨量和降雨强度的方法，有使用雨量器、量雪尺测量的直接测定，以及使用雷达、卫星云图估算的间接测定两种。使用雨量器测量降水，雨量站网必需有一定的空间密度、观测频次和传递资料的时间。和雨量器观测相比，天气雷达具有覆盖面积大、分辨率高的优点，其有效半径一般为200多公里，可提供一定区域上降雨量和降雨时空分布的资料。20世纪70年代以来，天气雷达已在很多国家的洪水预报警报和城市水资源管理上发挥了重要作用。
气象卫星观测以其瞬时观测范围大，资料传递迅速的优点胜于雷达观测。20世纪70年代初期曾根据卫星云图照片并与天气雷达资料相比照，估计长历时和短历时降雨量。70年代末以来，欧洲和美洲的一些国家，对卫星云图可见光波段的反射辐射和红外波段的辐射强度进行数字化，利用增强显示的数字化云图估算降雨量已取得了一定的成效，进而由估算的降雨量推算洪水也已开始试验。
就降水预报而言，水文气象学与气象学没有什么不同。水文气象学的降雨(或融雪)预报是针对河道防汛、水库防洪、兴利调度以及工程施工的实际需要而进行的专业化预报。
降雨(融雪)、洪水、洪灾三者既有内在联系又有本质差别。降雨(融雪)不等于洪水，必需在一定流域下垫面和水系情况下才能造成洪水。洪水也不等于洪灾，造成洪灾有多方面原因。因此水文气象预报力图将大气环流等气象条件与水文特征紧密联系起来，把降雨的天气模型与洪水模型结合起来。
一般在进行降雨预报的同时，还根据河流流域地貌、流域水分状况、水利工程质量和标准，以及降雨和径流的关系等因素，针对防洪要求作出未来暴雨、洪水可能发生地区的预报；鉴别和判断流域发生非常洪水的可能性；洪水发生后，预测洪水发展趋势，以及库区来水预报等。
为了提高暴雨落区、落点、落时预报的精度，已发展一种以气象卫星、气象雷达、常规气象观测资料相结合的暴雨监视和短时预报，预报时效为几小时到十几小时，预报精度较高。它有可能将降雨预报和洪水预报完全结合起来，从而延长洪水预报时效并提高洪水预报精度。
最大降水量估算是指特定流域范围内，一定历时可能的理论最大降水量。这种降水量对于大型水利枢纽的设计运用是十分重要的。一般这些工程要采用最大可能洪水作为保坝标准，推求可能最大洪水的方法之一，就是先确定可能最大降水。
蒸发量估算是指某一地区大水体的水面蒸发量，一般用蒸发器测定水面蒸发，但由于蒸发器与实际水体的自然条件不同，器测的蒸发量一般均大于自然的水面蒸发，且随器皿的形式、安装方式和不同季节而异，因此必须通过实验，求出蒸发器的折算系数，以此估算实际蒸发量。另外，也可根据蒸发控制因素的观测资料，即通过水体热量平衡、水量平衡等一些气象、水文因素间接计算出水面蒸发量。
在干旱和半干旱地区，由于降水稀少，可能蒸发率大大超过供水能力，流域的年总蒸发接近或等于年降水量。湿润地区，流域总蒸发和本区的水面蒸发接近或相等。半湿润地区的陆面蒸发介于上述两种情况之间，即受供水条件或可能蒸发的控制。就海洋和大陆而言，海洋上的蒸发量大于降水量，大陆上的蒸发量小于降水量，因此必需有海洋向大陆的水分输送。
