Il permet de transformer des séries temporelles décrivant le climat d'un bassin versant donné (séries de précipitations et de températures par exemple, séries qui sont les entrées du modèle hydrologique) en une série de débits (sortie du modèle hydrologique). De nombreux modèles hydrologiques ont été développés depuis la fin des années 1960.
Enfin, la transformation de la pluie au débit peut-être réalisée en continu (grâce aux modèles hydrologiques "continus") ou discontinu, à l'échelle d’épisodes pluvieux particuliers (grâce aux modèles hydrologiques "événementiels"). Un modèle hydrologique peut être utilisé dans plusieurs contextes:
Des analyses de sensibilité des modèles hydrologiques sont au cœur de plusieurs de nos travaux de recherche : sensibilité aux erreurs dans les données de pluie et à leur résolution spatiale (Andréassian et al., 2001; Oudin et al., 2006),
Les méthodologies d’application sont développées à partir de nos modèles pour répondre à de nombreux problèmes concrets d’hydrologie opérationnelle : détection de tendances dans les séries hydrologiques (évolution du comportement hydrologique des bassins versants) et impacts des changements climatiques et environnementaux,