Biến đổi khí hậu cùng với nước biển dâng sẽ làm thay đổi sự phân bố tài nguyên nước, dòng chảy các dòng sông, chất lượng nước và việc cung cấp nước.
Nhiệt độ tăng sẽ làm bốc hơi nhiều hơn và do đó mưa sẽ nhiều hơn. Đặc điểm của mưa đối với từng khu vực sẽ thay đổi, lượng mưa có thể tăng lên hoặc giảm đi. Những thay đổi về mưa sẽ dẫn tới những thay đổi về dòng chảy của các dòng sông, tần suất và cường độ các trận lũ, tần suất và đặc điểm của hạn hán.
Nhiệt độ tăng sẽ làm tan băng tuyết ở nhiều ngọn núi, dẫn đến tăng dòng chảy ở các sông và tăng lũ lụt. Sau một thời gian, khi các khối băng tuyêt lớn trên các đỉnh núi tan hết, nguồn cugn cấp nước sẽ cạn, lũ lụt sẽ giảm đi nhưng dòng chảy các sông cũng giảm đi rất nhiều. Một số sông sẽ bị cạn kiệt, nạn thiếu nước sẽ xảy ra trầm trọng.
Các hồ chứa cũng sẽ bị ảnh hưởng do biến đổi khí hậu: lượng mưa lớn gây trượt lở đất và tăng bồi lắng khiến các hồ giảm sức chứa và có thể trở thành các hồ chết; chất lượng nước trong các hồ cũng sẽ thay đổi.
Biến đổi khí hậu cùng với nước biển dâng sẽ làm cho việc cung cấp nước ngọt trở nên khó khăn. Các nguồn nước ngọt ven biển, kể cả nước mặt và nước ngầm sẽ bị nhiễm mặn khi nước biển dâng.