中国水资源受降水、大气环流、地理位置、地势复杂等因素影响，其时空分布具有年内、年际变化大及区域分布不均衡的特点，南方水多，北方水少，南北相差悬殊。水资源时空分布不平衡，是导致一年内短期集中的径流形成洪水及北方和西北许多地区资源性缺水的根本原因。
在空间上，总的趋势是由东南沿海向西北内陆递减。我国地表径流的分布趋势，基本上与降水量相似，但地区分布的不均匀性比降水量更为严重。北方人口占全国总人口的2/5强，但水资源占有量不足全国总量的1/5；南方人口占全国的3/5，而水资源量为全国的4/5；北方人均水资源占有量为1127m³，仅为南方人均量的1/3。长江及其以南地区的流域面积占全国总面积的36.5%，却拥有占全国80.9%的水资源；西北内陆地区及额尔齐斯河流域面积占全国的63.5%，拥有的水资源量仅占全国的4.6%。中国水资源开发利用率约为19%，是世界平均水平的2.6倍。国际经验表明，一个国家用水量超过其水资源总量的20%，就很可能发生水危机。而淮河、黄河、海河、辽河四大流域的水资源利用率已超过70%，属于严重开发过度。
我国水资源在时间分布上变化很大，水旱灾害频繁。由水循环可知，自然界的水循环在时间上的变化很不稳定，因此水资源在时间分配上具有不均匀性。尤其是我国位于世界著名的东亚季风区，属显著的大陆性季风气候，因此降水量和径流量的年内年际变化都相当大，而且贫水地区的变化一般大于丰水地区。据统计，全国大部分地区连续最大四个月降水量占全年的70%左右。南方大部分地区连续最大四个月径流量占全年径流量的60%左右，华北、东北的一些地区可达全年径流量的80%以上。年降水量的最大与最小比值，在南方为2～4倍，在北方为3～6倍。