Die Klimaprojektionen deuten darauf hin, dass sich die Niederschläge vermehrt vom Sommer in den Winter verschieben werden. Gleichzeitig nehmen Extremniederschlagsereignisse zu. Dies wäre eine Fortsetzung einer Entwicklung, wie sie auch schon in den Beobachtungsdaten zu sehen ist. Das bedeutet, dass im Sommer durch weniger Niederschlag und einer gleichzeitig höheren Verdunstung weniger Wasser zur Verfügung stehen kann, sich gleichzeitig bei höheren Temperaturen im Zuge des Klimawandels der Wasserbedarf aber wahrscheinlich erhöht. Hier sind insbesondere die Landwirtschaft, Industrie, Energiewirtschaft sowie die Trinkwasserversorgung zu nennen. Darüber hinaus kann die Schiffbarkeit von Wasserstraßen bei Niedrigwasser häufiger eingeschränkt sein. In manchen Regionen kann durch vermehrte Wasserentnahme im Sommer der Grundwasserspiegel sinken, vor allem dann, wenn die Entnahme durch Grundwasserneubildung im Winter nicht ausgeglichen werden kann. Zudem gibt es durch die veränderte Niederschlagsverteilung bzw. die verringerten Niederschläge im Jahr vermehrt Probleme bei der Bewirtschaftung von Talsperren. Aber auch einzelne Extremniederschlagsereignisse, wie beispielsweise im Juli 2021 im südlichen NRW geschehen, können die Talsperren vor enorme Hausforderungen stellen.

Es besteht die Möglichkeit, dass Hochwasser und die damit verbundene Überschwemmungsgefahr, unter anderem durch die saisonale Verschiebung der Niederschläge in den Winter, vermehrt auftreten können. Die Situation wird verstärkt, wenn durch die höheren Temperaturen weniger Niederschlag als Schnee gebunden wird oder Schneeschmelze und starke Niederschläge zusammenfallen und somit zusätzlich den Abfluss erhöhen. Durch Starkniederschlagsereignisse, die das ganze Jahr über auftreten können, können ebenfalls Überflutungen vorkommen, wenn das Kanalnetz überlastet wird, die Fließgewässer bereits viel Wasser führen oder die Böden die Wassermenge nicht mehr bzw. nicht schnell genug aufnehmen können. Sowohl Flusshochwasser als auch starkniederschlagsbedingte Überschwemmungen können enorme Infrastrukturschäden verursachen und Menschenleben gefährden.

Höhere Lufttemperaturen bewirken auch eine Erhöhung der Wassertemperaturen, was ggf. durch die Einleitung von Kühlwasser verschärft werden kann. Die geringe Löslichkeit von Sauerstoff im warmen Wasser und die höhere Sauerstoffzehrung wirken sich negativ auf die ökologische Wasserqualität aus. Zusätzlich führt die temperaturbedingt verstärkte Verdunstung zu einer geringeren Abflusshöhe im Einzugsgebiet und zu insgesamt niedrigeren Abflüssen, die vor allem den Basisabfluss betreffen und sich somit bei Niedrigwasser auswirken. Tendenziell erhöhen sich durch den geringeren Abfluss im Gewässer auch Schadstoffkonzentrationen, wenn beispielsweise der Schmutzwasseranteil bei Kläranlageneinleitungen konstant bleibt. Aber auch Hochwasser, Starkregenabschläge oder Einleitungen aus der Misch- und Trennkanalisation können zu einer Verschlechterung der Wasserqualität führen. Bei Hochwasserereignissen ist die Nährstoff- und Trübstofffracht im Gewässer erhöht und durch Überflutungen können Krankheitserreger oder Schadstoffe in das Gewässer eingetragen werden (zum Beispiel durch Überflutung von Kläranlagen).