将位于某地区、具有某种水质、在一定时刻具有某种概率分布的天然径流，通过水工程调节成在指定地区、具有规定质量并在一定时刻具有一定保证率和破坏深度的供水量。这种调节通过水资源配置系统来完成。系统中同时具有硬件（水库、大坝、水电站、井群等）和软件（水位、调度策略、水费制度等）两方面的元件。在需水过程和系统硬件已定的情况下，水资源优化调度就是充分利用天然径流的不同步性和各个水库库容特性的差异，最大限度地发挥水资源的综合利用效益。
水资源优化调度在理论上属于多目标的随机序贯决策问题。其调度目标通常涉及到防洪、发电、城市与工业供水、灌溉及防止水库淤积和生态环境保护等。为减少问题的复杂性，可根据实际情况将各目标赋予权重，或将次要目标化为约束条件，从而使问题成为单目标随机序贯决策问题。
调度决策一般由日、旬或月作出。任一时段决策所导致的水资源配置系统状态（水位、库容）则成为余留期决策的初始条件。而余留期最佳调度策略的期望效益是初始条件的函数。因此任一时段的调度策略的作出均应不仅对于当前时段是最优的，而且还应使其所导致的时段末系统状态对于余留期最佳策略而言是最好的初始条件、天然径流的随机性使得水资源优化调度十分复杂。根据对天然径流随机性的处理，可分为随机型和确定型两类调度方法。
水资源优化调度的工作步骤一般为：①明确调度目标及各类约束条件；②建立适当模型并选择优化方法；③分析结果并形成调度方案；④利用行政及经济手段促进调度方案的执行；⑤利用实际调查或其他调度方案的模拟，确定是否有必要改进目标、模型、求解方法、调度规则及水费体系等。
进行水资源优化调度求解算法有数学规划方法、网络流方法、大系统分解协调方法和模拟技术。在数学规划中，用得较多的是线性规划和动态规划。在有水力发电目标时，通常用非线性模型求解以避免线性化带来的精度损失。当问题规模较大时，可采用大系统分解协调技术处理。模拟技术是评价系统运行方式能否产生预期效益的一个有力工具。因为模拟模型能详细地描述水资源配置系统在各种来水条件、需水过程和运行方式的运行恃性和预期效益，同时便于求解。因此，近年来在国内外有广泛的应用。
在实际问题中，仔细研究水资源优化调度的目标并确定优先级，构造基本反映客观实际的数学模型并选择有效的求解方法，全面地分析优化结果并制定优化调度策略，辅之以水费杠杆并强化有关取用水法规，规范用户行为，从而使已建的水资源配置系统的运行方式最大限度地满足一系列既定目标。这些内容就构成了水资源优化调度的基本范畴。