海南岛最长的河流南渡江穿过市区东部而入海。南渡江主流在市区长75公里，流域面积1300平方公里，年径流量60.99亿立方米。南渡江流经市区的支流水系有鸭堡溪、昌旺溪、三十六曲溪、铁炉溪。境内还有演州河、演丰河、白石溪、罗雅河、美舍河、五源河、鞭蓉河等小河流。有凤谭、铁炉、东湖、风圮、云龙、丁荣、岭北、玉凤、沙坡等水库，总库容量15000多万立方米。海口市地处南渡江下游河口地带，地下水资源丰富，潜水、承压水分布广泛。潜水含水层以南渡江三角洲潜水和玄武空隙裂隙潜水为主，分布范围分别近800、400平方公里，水位单位涌水量可达14.6、30升/秒。地下承压水处于雷琼盆地，含水总厚度200--350米，老海口、秀英两段可采量共27万立方米/昼夜。地下热矿泉水处于琼北自流水盆地东北部新生代厚层，分布面积约200平方公里。