根據水質實際資料，運用水質數學模型推斷水體或水體某一地點的水質在未來的變化。在水質預測中把水體的水質看作一個系統。在這一系統中，水質的變化與排放的污水、廢熱水、受納水體的水量有關。在水質預測中必須掌握：①水體污染物的初始含量或來量。這是水質系統的輸入，它包括污染物的上遊來量和旁側排汙量。可通過實測或預估（經濟與人口的發展）獲得這些量的資料。②水污染物進入水體後的變化規律。排入水體的污染物與水體中的水量、水中物質構成統一體，在一系列物理、化學反應和生物化學作作用中變化。這是水質系統的運行狀態，根據水質系統的輸入資料和水污染物在水體中的變化規律，應用水質數學模型預測水質未來變化。這就是水質系統的輸出。
水質預測內容有：①預測水體的污染狀況，包括枯水期的嚴重污染，工礦、船舶事故排污引起的突發性嚴重污染。②預測擬建廠礦建成後排污可能造成的污染狀況、水質的分佈情況。③估計水體沿岸現有廠礦和城鎮排污與水體污染的定量關系，估算水體的納污容量。④預測水污染防治措施實行後水體的水質的可能改善狀況和水質分佈。
水質預測方法分兩大類。一類是點源污染的預測方法，其實質是水體中水質運動演化規律的研究及其演算。包括：①建立相關統計模型，例如在河流水質預測中，建立水質與河流水文要素（如流量等）的關系；又如根據上、下遊水質間存在的關系（多元相關）和混合物質的平衡原理，建立水質預測模型。②求解確定性水質數學模型，是根據成因分析、演繹推理而得，反映瞭一定物理、化學和生物化學作用的性質。模型求解後，主要用實測資料確定模型參數，進行驗證和誤差分析，然後用於實際預測。
另一類是面源污染的水質預測。這類預測的實質在於研究降雨、徑流沖刷所產生的污水及其成分。研究產流、產污、匯流、集污和污水進入水體後水質運動演化規律。這類課題研究難度大，處在探討發展之中。
水質預報是預估未來某個實時如幾小時、幾天後的水質變化。除瞭要事先建立水質預報模式外，水質預報還需要自動化連續監測體系，以節省費時的手工化驗和分析，贏得預見期。由於受到這種自動監測體系的限制，水質預報項目仍少，主要預報枯水期嚴重污染(如缺氧)和某些突發事故（如沉船或過失排污）引起的水質污染。