降水，流域年降水量变化梯度大，由南向北锐减。全流域多年（1956年～2000年）平均降水量为504.8毫米，年际变化较大，年内分配不均匀，汛期和枯水期界限分明，年头与年尾降水量最少，7月、8月、9月三个月降水集中。流域多年（1952年～1995年） 水面蒸发 能力在950～1300毫米间。径流，流域的上中游地区多年（1956年～2000年）平均年径流量为15.1亿立方米，最大值为26.6亿立方米（1964年），最小值为7.41亿立方米（1986年）；下游地区多年（1956年～2000年）平均年径流量为7.76亿立方米，最大值为18.4亿立方米（1964年），最小值为3.2亿立方米（1986年）；全流域年径流总量为22.86亿立方米。断流，据实测，
汾河干流在
介休县义棠水文站1958年4月最早出现断流，至2001年底，累计断流天数为4443天。一年内断流天数最多的也出现在此站，1999年断流计320天。入黄口河津站从1956年设站到1989年，有19年发生断流。水质，20世纪末，汾河在总计评价的673千米河段中，无一处水质达到Ⅱ类，符合Ⅲ类水质的河长仅占总评价河长的25%左右，超过Ⅴ类标准的占60%。泥沙，汾河流域处于
黄土高原，千沟万壑，水土流失普遍。上游最为严重，也是汾河向黄河输入河道泥沙的主要源区。大部分泥沙产生于汛期，具有“大水大沙”的特点。20世纪80年代后，流域降水量减小、暴雨减少， 水土保持 成效显现，相对于1956年～1979年，20世纪最后20年输入河道的泥沙量减少了1/3。水资源，据1956年～2000年共45年水文资料系列山西省第二次 水资源评价 成果，汾河流域多年平均水资源总量为33.59亿立方米。 据史料，中游地区1464年～1980年的517年间，共发生旱灾306次；下游地区1912年～1979年的68年间发生过较大旱灾22次。1949年～1995年的47年中，全流域干旱有41年次，平均一年多一次。而中游地区几乎年年有旱情，时有春旱连夏旱，夏旱又延至秋旱。据载1877年洪洞县连续349天无雨，“树根草皮皆尽，人相食”，
灵石、祁县“寸草不收”，徐沟“赤地千里”，忻州“饿殍盈途”。汾河流域的洪水灾害大部分发生在汛期中下游河段。据史载，自明洪武十四年（1381年）到1948年的568年间，流域内先后发生过132次洪灾。1949年后，汾河中游地区先后于1954年、1959年、1977年、1988年和1996年发生过较大规模的水灾。1954年8月下旬，支流潇河、文峪河同时发生山洪暴发，致使太原市以及晋中19个县受灾，淹没农田80余万亩， 倒塌房屋 25000间，死亡近百人。此次洪水下泄，波及下游临汾、运城河段，使沿河9县35个乡镇受灾。1977年8月5日，以
平遥为中心降了一场特大暴雨，40小时产生地面径流7亿立方米，使晋中、吕梁、临汾3地15个县严重受灾，冲垮平遥尹回水库等16座小水库，30余千米同蒲铁路路基被冲，中断运行10天，死亡70人，洪涝面积达120万亩。