水利工程作為土木工程的一個子學科，涉及流體的流動和輸送，主要是水和污水。這些系統的一個特點是廣泛使用重力作為引起流體運動的動力。這一土木工程領域與橋梁、水壩、渠道、運河和堤壩的設計以及衛生和環境工程密切相關。水利工程是將流體力學原理應用于處理水的收集、儲存、控制、運輸、調節、測量和使用的問題。在開始水利工程項目之前，必須弄清楚涉及多少水。水利工程師關注河流的沉積物運輸、水與其沖積邊界的相互作用以及沖刷和沉積的發生。水利工程師實際上為與水相互作用的各種特征開發概念設計，例如水壩的溢洪道和出口工程、高速公路的涵洞、灌溉項目的運河和相關結構，以及火力發電廠的冷卻水設施。

水力工程基本原理的一些例子包括流體力學、流體流動、真實流體的行為、水文學、管道、明渠水力學、沉積物輸送力學、物理建模、水力機器和排水水力學。

水利工程基礎將流體靜力學定義為對靜止流體的研究。在靜止的流體中，存在一種稱為壓力的力，它作用于流體的周圍環境。這種以N/m2為單位的壓力在整個流體中不是恒定的。給定流體中的壓力p隨著深度的增加而增加。在未受干擾的水下物體上，壓力沿液體中物體的所有表面作用，導致物體中相等的垂直力作用于液體壓力。這種反應稱為平衡。更高級的壓力應用是在平面、曲面、水壩和象限門上，僅舉幾例。

理想流體和真實流體之間的主要區別在于理想流量p1=p2和實際流量p1>p2。理想流體是不可壓縮的，沒有粘性。真實流體具有粘性。理想流體只是一種想象的流體，因為所有存在的流體都具有一定的粘度。

粘性流體會在帕斯克勒定律的剪切力下不斷變形，而理想流體不會變形。

擾動對粘性流動的各種影響是穩定的、過渡的和不穩定的。

對于理想流體，伯努利方程沿流線成立。當流體與板接觸時，流體層實際上粘附在固體表面上。然后在板表面上的流體層和第二流體層之間存在相當大的剪切作用。因此，第二層被迫減速（盡管它沒有完全停止），與第三層流體產生剪切作用，依此類推。隨著流體沿著板進一步通過，發生剪切作用的區域趨向于進一步向外擴散。這個區域被稱為邊界層。邊界層外的流動不受剪切力和粘性相關力的影響，因此被假定為理想流體。流體中的分子間內聚力不足以將流體保持在一起。因此，流體將在最輕微的應力作用下流動，只要存在應力，流體就會繼續流動。層內的流動可以是惡性的也可以是湍流的，這取決于雷諾數。

水利工程師的常見設計主題包括水壩、防洪堤、配水網絡（包括生活和消防供水、配水和自動噴水系統）、水收集網絡、污水收集網絡、雨水管理、沉積物運輸和各種其他與交通工程和巖土工程相關的主題。從流體動力學和流體力學原理發展而來的方程被其他工程學科廣泛使用，例如機械、航空甚至交通工程師。相關分支包括水文學和流變學，而相關應用包括水力建模、洪水測繪、集水區洪水管理計劃、海岸線管理計劃、河口策略、海岸保護和防洪。

在許多方面，水利工程的基本原理自古以來就沒有改變。盡管現在可以使用泵填充供應水庫，但液體仍然大部分通過重力通過運河和渡槽系統移動。自古以來，對水的需求一直在穩步增加，而水力工程師的作用是供應水的關鍵。