Hydrologi tutkii maan vesijärjestelmien fysikaalisia ominaisuuksia tekemällä laajaa kenttä- ja laboratoriotutkimusta. Hän voi tutkia veden roolia ekosysteemissä, mitata sademäärää tietyllä alueella tai testata vesinäytteitä epäpuhtauksien läsnäolon määrittämiseksi. Useimmat hydrologit työskentelevät yliopistoissa, yksityisissä tutkimuslaitoksissa, valtion virastoissa, ympäristönsuojelujärjestöissä ja suunnittelukonsultointiyrityksissä.
Tutkimushydrologit käyttävät usein kuukausia tai jopa vuosia erityisiin hankkeisiin, jotka edellyttävät vesijärjestelmien muutosten seurantaa ajan mittaan. Tutkija voi määrittää pohja- tai pintaveden määrän tietyllä alueella, sademäärän ja tavan, jolla ihmiset, kasvit ja eläimet käyttävät vettä. Hän voi myös kerätä tietoja ihmisen toiminnan kielteisistä tai positiivisista vaikutuksista meren ekosysteemiin.
Hydrologi voi ottaa näytteitä suoraan järvistä, puroista tai muista vesilähteistä vesipitoisuuden analysoimiseksi ja epäpuhtauksien tarkistamiseksi. Hän voi myös noutaa lähellä olevia maaperä- ja kasvinäytteitä selvittääkseen veden pilaantumisen vaikutukset eläviin organismeihin. Hydrologit suorittavat usein useita laboratoriokokeita varmistaakseen tuloksensa ja kirjoittamalla yksityiskohtaiset tieteelliset artikkelit havaintojensa perusteella.
Tutkimuslaitosten ulkopuolella tutkijat voivat työskennellä insinööritoimistoissa, liittovaltion ja osavaltioiden hallituksissa sekä voittoa tavoittelemattomissa ympäristöryhmissä. Insinööri- ja konsulttiyritysten palveluksessa olevat varmistavat, että rakennukset ja teollisuus vahingoittavat mahdollisimman vähän lähellä olevia vesilähteitä. He voivat olla vastuussa tehokkaiden, puhtaiden vesijärjestelmien suunnittelusta yrityksen sisäiseen käyttöön tai jätehuolto -ohjelmien laatimisesta, joilla ei ole kielteisiä ympäristövaikutuksia. Valtion ja voittoa tavoittelemattomat hydrologit ovat usein mukana suojelu- ja tietoisuuspyrkimyksissä, opettamalla ihmisiä saastuttavien vesijärjestelmien vaaroista ja arvokkaiden vesivarojen tuhlaamisesta.
Hydrologiksi ryhtymiseksi henkilöllä on tyypillisesti oltava vähintään maisterin tutkinto hydrologiasta, ympäristötieteestä tai asiaan liittyvästä tieteenalasta. Useilla valtion työntekijöillä, yliopistojen professoreilla ja itsenäistä tutkimusta suorittavilla henkilöillä on tohtorin tutkinto. Lisälupaa tai sertifiointia ei yleensä vaadita, vaikka hydrologi voi halutessaan suorittaa sertifiointikokeen, jonka hallinnoi kansallisesti tunnustettu organisaatio, kuten Yhdysvaltain American Institute of Hydrology.
Useimmat uudet tutkijat aloittavat uransa kenttä- ja laboratoriotutkijoina ja oppivat käytännön tutkimustekniikoista omakohtaisesti kokeneilta hydrologeilta. Avustajat voivat olla vastuussa kokeiden määrittämisestä, tietojen syöttämisestä ja tulosten tulkinnasta. Tietyn ajan avustajana työskentelyn jälkeen hydrologi, joka osoittaa osaamisensa, voi aloittaa uusien projektien suunnittelun ja itsenäisen tutkimuksen tekemisen.