南海区位于华南亚热带地区，全年降雨量较多，1979～2002年间平均降雨量1650.8毫米。有流量较大的西北江穿越，水资源较为丰富，基本上不存在缺水区。水资源特点是：降雨和径流时空分布不均。降水年内分配不均，汛期4～9月占全年的80%以上。在汛期雨量较为集中，径流多数以洪水的形式出现，大部分水量流入江河，成为不可利用的水资源，如遇暴雨，外潮顶托还会造成内涝灾害；枯水期间，由于降水量少，不能满足农业自流灌溉的需要，往往出现春旱、夏涝和秋旱的灾害。其次是水质污染较为严重。水质状况随丰、枯季节而变化，由于工业和生活污水大部分未经处理直接排入河涌，水质污染日益严重，内河涌在枯水期靠中低水位开闸交换，高水位时要关闸防洪。

降雨为地表径流的主要来源，境内的降雨虽然丰沛，但蒸发量也大，1979～2002年间，平均蒸发量为1516.6毫米，最大1780毫米，最小1300毫米，与降雨基本持平。境内多年平均径流深800毫米，径流量的年内、年际变化大，79.3%集中在汛期。丰水年（P=10%）径流深1142毫米，径流量13.16亿立方米；枯水期（P=90%）径流深496毫米，径流量5.72亿立方米；丰、枯水年径流差2.3倍。全境多年平均河川径流量9.22亿立方米，另有西北江多年平均过境客流量2109亿立方米，合计多年河川平均流量2118.22亿立方米。
由于雨量多，河涌密布，地下水资源比较丰富，全境多年平均浅层地下水资源为2.9亿立方米