农业水利研究所立足长江流域，面向中国南方地区，以发展农业水利、保障粮食安全为目标，主要致力于在中国南方地区农业灌溉和排水、农村饮用水安全、农作物改良、以及改善农村水环境等领域开展公益研究，并提供相关专业技术咨询服务
节水灌溉理论与技术研究：现代化灌区建设理论与技术研究，环境变化条件下的农业耗水规律研究，不同节水灌溉条件下水分转化理论与尺度效应研究，高效用水调控机理与非充分灌溉理论研究，高效设施农业主要经济作物需水量与灌溉制度研究； 农业排水及土壤盐分控制研究：农田涝渍灾害综合调控机理研究，土壤-作物系统中的水盐迁移与转化机理与水盐调控技术研究，长期灌溉条件下的区域土壤盐分平衡理论与预测分析方法研究；
农业水环境控制与水环境改造理论与技术研究：不同尺度农业面源污染控制研究，灌排条件下水、肥管理与调控机理研究，节水灌溉对区域水资源循环体系和大田作物生态环境影响研究，节水灌溉的区域水土环境效应评估与调控研究；
农村饮用水安全：农村饮水安全和集中排水关键技术研究，饮用水水源保护和水污染防控技术，山丘区雨水安全集蓄与利用技术，农村安全供水标准化、信息化集成技术与供水工程技术评价指标体系，农村水环境保护与综合治理研究等；
农业水政策：农业用水管理，农业灌溉水权、水价的形成机制以及效益补偿机制，农业节水效益和投入机制，灌溉用水水价调整机制及其对节水农业的影响，农田水利工程设施产权制度改革，农业节水灌溉的法律法规保障体系等。
高效节水灌溉实施方案编制；
大中型灌区现代化规划及实施方案编制；
农村饮水安全巩固提升工程实施方案编制；
高标准农田整治可行性研究、规划设计与预算编制；
河长制“一河一策”方案编制；
农业水土环境保护与生态修复技术。
目前室内试验拥有土壤、水分、植物理化分析试验平台，购置和安装调试了一批先进的仪器设备，包括实时动态土壤水分网络无线监测系统、移动式植物荧光成像系统、LI-6400XT光合作用测定系统、水质无线自动监测系统、大尺度作物耗水闪烁仪等10余台农田灌溉专业仪器设备。
室外试验基地拥有汉阳沌口节水设施农业节水灌溉试验园、洞庭湖区智慧灌溉排水观测站、秭归微润灌溉技术示范基地，已和江西省灌溉试验中心站共建农业节水灌溉试验研究基地，并完成长江流域灌溉试验中心站规划设计。
