水文分析模块是ArcGIS空间分析中的一个功能模块，它的功能主要是通过DEM提取地表水径流模型的水流方向、汇流量积累、水流长度、河流网络（包括河流网络的分级等）以及对研究区的流域进行分割等。通过对这些基本水文因子的提取和基本水文分析，可以在DEM表面上再现水流的流动过程，最终完成水文分析的过程。
ArcGIS的水文分析功能模块包括11个工具，名称和功能分别为：
用于划分出研究区所有的流域盆地。流域盆地是由分水岭分割而成的汇水区域。它通过对水流方向数据的分析确定出所有相互连接并处于同一流域盆地的栅格。流域盆地的确定首先是要确定分析窗口边缘 的出水口的位置，也就是说，在进行流域盆地的划分中，所有的流域盆地的出水口均处于分析窗口的边缘。当确定了出水口的位置之后，其流域盆地集水区的确定类 同于洼地贡献区域的确定，也就是找出所有流入出水口的上游栅格的位置。
在栅格数据表面填充洼地以去除数据的小瑕疵。
DEM被认为是比较光滑的地形表面模拟，但是由于内插的原因以及一些真实地形的存在，使得DEM表面存在着一些凹陷的区域，那么这些区域在进行地表水流模拟时，由于低高程的存在，从而使得在进行水流流向计算时在该区域得不到合理的或错误的水流方向，因此在进行水流方向的计算之前，应该首先对DEM数据进行洼地填充，得到无洼地的DEM。
在地表径流模拟过程中，汇流累积量是基于水流方向数据计算而来的。对每一个栅格来说，其汇流累积量的大小代表着其上游有多少个栅格的水流方向最终汇流经过该栅格，汇流累积的数值越大，该区域越易形成地表径流。
根据每个象元和它最邻近的八个象元之间的最大象元距离权落差来确定水的流向，得到一个流向的栅格数据，这种方法也叫D8算法。
水流长度通常是指在地面上一点沿水流方向到其流向起点（终点）间的最大地面距离在水平面上的投影长度。
洼地区域是水流方向不合理的地方，可以通过水流方向来判断那些地方是洼地，然后再对洼地进行填充。有一点必须清楚的是，并不是所有的洼地区域都是由于数据的 误差造成的，有很多洼地区域也是地表形态的真实反映，因此，在进行洼地填充之前，必须计算洼地深度，判断哪些地区是由于数据误差造成的洼地而哪些地区又是 真实的地表形态，然后在进行洼地填充的过程中，设置合理的填充阈值。
在定义的范围内捕捉到流量最大的那个象元就是倾泻点。
Stream link 是记录着河网中的一些节点之间的连接信息，主要记录着河网的结构信息。Stream link的每条弧段连接着两个作为出水点或汇合点的结点，或者连接着作为出水点的结点和河网起始点。 因此通过 Stream link 的计算，即得到每一个河网弧段的起始点和终止点。同样，也可以得到该汇水区域的出水点。
河网分级是一种将级别数分配给河流网络中的连接线的方法。此级别是一种根据支流数对河流类型进行识别和分类的方法。仅需知道河流的级别，即可推断出河流的某些特征。
把栅格类型的河网转换矢量类型。
用于生成分水岭栅格。分水岭是将流体（通常是水）汇集到公共出水口使其集中排放的上坡区域。它可以是较大分水岭的一部分，也可包含被称为自然子流域的较小分水岭。分水岭之间的边界被称作流域分界线。出水口或倾泻点是表面上水的流出点。它是分水岭边界上的最低点。