大气降水是地表径流和地下水的主要补给来源。全县年平均降水量606.3毫米，年降水总量10.98亿立方米。年平均降水量高于咸阳市平均值（567.9毫米），但低于全省平均值（628毫米）和全国平均值（686.8毫米）。
全县自产地表径流12477万立方米，地下水开采量及回归量甚微，故不计入资源量，入境客水年径流量2626万立方米，亦不计入资源量，所以自产地表径流量即资源总量。水资源量按人口平均，每人占有量为600立方米，比咸阳市人均水量多1.5倍。
虽然水资源比较丰富，但分布很不均衡。山地区径流量8501万立方罘，径流模数8.70，径流量占总水量的68.1%；塬区径流量3976万立方米，占全县总水量的31.9%，径流模数4.77。塬区是种植业集中地，但亩均水量仅17.6立方米，缺水严重。再者，年内分配不均，不同保证率的水量相差悬殊。三水河是旬邑县最大的河流，其径流量年最大、最小相差8.6倍；年内的7～10月径流量占全年的一半还多，而10～2月的径流量只占全年的10%。全县平水年（保证率50%）水量10159万立方米，干旱年（保证率75%）水量6748万立方米，特干旱年（保证率95%）水量只有2674万立方米。