La direction de la Gestion hydrologique développe et entretient un réseau hydrologique permanent sur l'ensemble du territoire wallon (précipitations, niveaux, débits, etc.). Elle effectue des campagnes de mesures spécifiques in situ et assure le contrôle-qualité des données ainsi que leur diffusion.
Elle est responsable de l'annonce et de la prévision des inondations (Code de l'eau) sur l'ensemble du territoire wallon, et assure l'interfaçage avec les régions et états voisins. Elle participe à la gestion de crise (crues, sécheresses), assiste les exploitants des ouvrages de régulation des eaux et développe des outils d'aide à la décision (Perex 4.0). Elle réalise des mesures bathymétriques pour vérifier la navigabilité des voies navigables, planifier et contrôler les dragages, ou, encore, à des fins d'inspections subaquatiques des infrastructures.
Elle réalise ou coordonne des expertises pour d'autres administrations belges et étrangères, des entreprises et des bureaux d'études, ainsi que dans le cadre de la coopération internationale.
Enfin, la direction soutient les projets de recherche et de développement, participe à des commissions techniques et représente la Région wallonne au sein d'instances internationales. De manière générale, elle met en place des processus de gestion, assiste les directions territoriales et veille à la mise à jour des données pour la gestion du patrimoine.