水环境研究所依托辽宁省流域污染控制重点实验室，下设环境管理研究室、环境模拟研究室、环境标准研究室，开展流域水环境综合管理技术、水环境模拟与预测技术、流域水环境规划、环境标准及环境经济政策研究，为环境管理及政府决策提供技术支撑。先后承担国家重大科技专项、省部级重大科研课题及国际合作项目50多项，取得重大科技成果20多项，获奖成果9项。
（1）水环境综合管理技术与示范研究
针对水环境质量与水污染特征，开展水环境质量演变规律及其驱动力研究，制定流域污染控制综合管理方案及流域污染防治规划，构建流域水污染控制综合决策支持平台，实现流域水污染控制的数字化、智能化、可视化。
“辽河流域水污染总量控制技术与示范研究”以ArcGIS软件作为平台，开发了水环境功能区划地理信息系统，实现了水环境数据查询、水质评价、统计分析等功能的可视化，该项目获辽宁省科技进步二等奖。
（2）水环境模拟技术研究
研究污染物排入江河湖库后的变化规律及其机理，在建立流域水环境数据库基础上，构建流域水污染分布及负荷的模拟模型，将流域水环境源数据库与流域水环境模型系统进行耦合，揭示流域水环境污染时空分布规律。
“辽河流域水环境模拟及其管理系统开发”首次在辽河流域应用WASP水质模型对辽河流域干流水质进行模拟，并将水质预测模型与地理信息系统技术相结合，自主开发辽河流域水环境管理系统。该技术在流域水环境模拟方面已经达到国内领先水平。
（3）流域水生态环境功能分区技术研究
以辽河流域水质保障与水生态健康为目标，分析辽河流域水环境污染特征、水环境质量演变机理和驱动机制，构建辽河流域水生态功能三级分区技术体系，完成全流域的三级水生态功能分区与控制单元的划分方案，制定辽河流域水生态系统健康阈值，估算辽河流域水生态与水资源承载能力，建立辽河流域社会经济－水资源－水环境健康发展模型；采用3S 技术，开发集数据处理、数据传输与网络共享、生态评估与污染负荷控制、水质目标管理与辅助决策为一体的辽河流域水质目标管理与决策信息平台，为实现流域“四分”管理，保障水生态健康提供技术支撑。
（4）环境污染的风险评估与管理技术研究
针对辽宁省长期污水灌溉产生的环境危害以及环境与健康的管理和应急决策问题，开展灌区居民在重金属和有机物暴露下的健康风险研究，典型污灌区长期污水灌溉对土壤、肥力性状及地下水、作物品质、生态指标的综合影响评价以及污灌水质的可接受范围的研究。
（5）环境经济政策研究
主要开展绿色经济、循环经济及生态补偿机制等研究。《大伙房水库上游地区生态补偿机制研究》建立了辽宁省内首个水库型饮用水源地生态补偿标准的测算体系，研究成果得到政府部门应用；作为国家试点省之一率先开展了绿色国民经济核算研究，形成的《辽宁省经环境污染损失调整的绿色国民经济核算研究报告》，首次提出我省经环境污染损失调整的GDP。