研究古代大气降水、地表水和地下水的相互作用、转化及其运行的规律，重建地质时期的水文环境。

主要依据沉积学、流水地貌学、水文学及测年技术的概念、理论、原则和方法，对某一区域的古代河湖水系变迁遗迹、河流沉积结构、古河道几何形态及古水文网的发育序列进行综合分析，建立地貌、气候、水文之间的相关联系，以此估算或推测当时古水文要素变化、河流性质及水系的基本特征，并进一步探讨古水文变化过程在自然环境演变中的作用。欧美国家主要从20世纪70年代开始研究，并建立了地区性的经验公式，如美国学者舒姆（S.A.Schumm）在北美和澳大利亚等地，波兰学者罗特尼基（K.Rotnicki）对波兰普罗斯纳（Prosna）河的古水文研究。1980年以来，中国也开展了这方面研究。10年（1976～1986）国际地质对比计划（IGCP）中的158项（过去15000年以来温带地区的古水文变化研究），已取得一批成果。