水土保持研究所共有5大研究领域，16个研究方向：
土壤侵蚀研究
土壤侵蚀实验技术：
以核素示踪技术在侵蚀过程、坡面及小流域侵蚀产沙时空分布特征定量研究为主要内容，建立并发展核素、元素示踪、人工降雨模拟实验的科学方法，为揭示土壤侵蚀的发生、发展过程及其机制，土壤侵蚀预报模型的率定、验证提供科学的实验研究方法。建立实验侵蚀学科领域。
黄土高原土壤侵蚀过程与预报：
开展植被提高土壤抗侵蚀有效性研究；降雨径流对侵蚀链动力过程研究，高含沙水流沟网侵蚀输沙过程机制研究；建立具有中国特色的黄土高原水土流失预报模型。
土壤侵蚀环境：
主要研究现代侵蚀环境状况特征，侵蚀环境演变及其动力机制，人类活动对侵蚀环境的作用，生态环境建设对侵蚀环境的修复，以及侵蚀环境演变与全球变化。
水土流失过程计算机模拟：
随着计算机模拟技术的发展和土壤侵蚀过程研究的深化，用计算机数值模拟手段完成模拟实验难以控制的条件和过程已成为国际学术界研究的热点。利用计算机模拟技术将土壤侵蚀过程研究的分散成果有机结合，进行沟道发育、沟网扩展、泥沙输移等土壤侵蚀过程的动态模拟； 引进“3S”技术和相关领域研究成果，为土壤侵蚀过程和预报模型研究提供数字信息平台和成果的可视化出口。
旱地农业研究：
坡面生态系统水分溶质运移机理及调控：
以SVAT为核心，通过实地研究建立坡面水分、溶质迁移动力学模型参数体系；分析降雨—入渗—地表径流—土壤侵蚀—养分流失的过程，确定水土流失的临界条件，以建立土壤侵蚀和养分流失过程的模拟模型；研究降水—土壤水—植物水—光合—生产力的转化效率，建立植物水分—养分—生产力模式；研究降雨最大可能就地入渗转化的途径，坡面土壤水库功能及其植被承载力，坡面生态环境恢复与土地生产力提高的调控途径。
植物整体抗旱性研究：
瞄准植物抗旱生理的前沿领域，研究植物不同生育阶段和不同器官对干旱的敏感性以及水分变动条件下产生适应—伤害—修复—补偿的级联效应生理生化机理及其与整体抗旱能力和产量构成的关系。重点研究不同基因型植物根系特性和水分利用效率差异的生理基础及其可遗传性，对植物抗旱、节水遗传潜力和环境因素的影响做出评价；以植物根冠之间的ABA逆境信号传递为基础，研究水分亏缺条件下ABA对水分传导、气孔反应以及根系吸水能力的生理调节机制。
节水农业的生物学基础：
研究水分和养分亏缺条件对植物根系构型的诱导性变化及其在土壤水分利用中的效应，植物不同器官生长协同性与抗旱节水潜力的协调机制；研究旱区不同植物种类的耗水规律及其对水分亏缺的生态适宜性，植物不同发育阶段对不同亏水度的响应，寻求植物如何维持自身相对稳定的用水效率的功能；研究旱区生态适宜性植物的水分生产函数和有限灌溉原理，植物水分与产量间的互动效应，并从水分—养分耦合效应出发探讨提高WUE的调控途径。
流域生态与管理：
流域生态系统结构功能与生产力：
以黄土高原中小流域为对象，针对该区水土流失严重、水资源短缺和经济落后三大特点，通过流域生态系统结构、功能和过程的分析，研究流域水土资源保护与合理利用，探求结构合理、效能最佳、持续稳定的流域生态经济系统结构。重点研究土地利用/土地覆被变化与流域生态经济系统演变；流域生态系统重建中生产力提高机制；流域水循环与生产力耦合效应；流域营养元素运移过程与高效利用；流域生态系统能量流动特征。
流域生态系统健康诊断：
以CERN监测及流域室野外站长期定位研究为基础，通过黄土高原以水土流失为主导因素的流域生态系统受损、修复过程分析，研究流域退化生态系统质量及健康诊断理论与方法；流域生态系统的生物多样性与生态系统稳定性；不同类型流域生态系统演替驱动因子；健康诊断指标识别及阀值、敏感性分析。提出黄土高原不同类型区小流域健康诊断指标体系。
流域生态系统管理：
以水土资源的可持续利用为核心，研究退化流域生态系统重建的理论与技术体系。重点研究流域水土流失过程及控制原理；水土保持措施对流域水土资源环境演变过程的影响；植物群落演替、水土保持功能及植被重建理论与技术；以数字流域为基础的流域可持续发展策略及管理系统；流域生态经济系统管理与示范模式建设。为我国流域水土流失治理、生态农业建设提供科学依据及示范样板与技术体系。
区域水土保持：
区域水土流失动态分析与趋势预测：
以土壤侵蚀和资源环境科学理论为基础，以遥感信息技术为支撑，利用全数字化方式研究多种分辨率的区域水土保持及其环境时空格局，建立比较完善的区域水土流失评价理论与技术方法和数据支撑体系。为区域水土保持治理和生态环境建设，提供实时数据支持和决策依据。
区域水土保持环境效应评价：
以区域水土保持信息平台为支撑，从宏观空间尺度，深入研究水土保持对生态环境关键要素的影响，建立区域水土保持生态环境效应综合评价指标体系和方法。开展西部地区生态环境建设与全球环境变化关系的探索性研究。
区域水土保持与生态环境建设战略：
在西部大开发和市场经济的背景下，围绕区域水土保持与生态环境建设和农村产业结构调整区域布局问题，强化区域水土保持宏观战略研究，重点研究西部生态环境建设中有关牵动宏观决策的重点、热点科学问题。
农业水土工程：
雨水资源化与高效利用技术：
以人工汇集雨水利用技术为基础，将研究范围从道路、坡地拓宽到流域。重点开展雨水资源利用潜力与评价及其与生态环境工程建设相结合的流域雨水资源利用技术体系、雨水资源网络化利用模式与专家决策系统研究，为半干旱地区生态环境建设、水资源开发与高效利用提供技术支撑。
节水工程技术与系统设备：
围绕产业结构调整与建立节水型社会的迫切需要，将研究领域从农业节水逐渐拓宽到城市节水、生态节水与生活节水。重点开展节水技术的试验示范研究，节水系列化设备的研制与检测，探索纳米技术等其他新技术、新材料在节水领域的应用；研发节水灌溉工程规划设计系统软件，实现节水工程规划设计的智能化，为提高水资源利用率和利用效率提供技术支撑。
水土保持工程与规划新技术新方法：
将研究领域从流域的水土保持规划设计逐步拓宽到城市水土保持规划与开发建设项目中水土保持方案设计，研究工矿企业弃碴、弃地的复垦技术；探索水土流失的快速防治技术和新方法。为科学利用水土资源、维护良性生态平衡提供技术保障。
