מאגרי המים העיקריים של ישראל הם אגם הכנרת, הניזון בעיקר מן הירדן ויובליו סיפק כשליש מצריכת המים של ישראל, כ-300–700 מיליון מ"ק בשנה, אך עקב ירידת המפלס מהווה כעת רק 2 אחוזים מכלל תצרוכת המים, אקוויפר ההר ואקוויפר החוף. האקוויפרים הם שכבות סלע נקבוביות תת-קרקעיות האוגרות מי תהום בנקבוביותיהם ומהוות כעין אגני היקוות טבעיים תת-קרקעיים. האקוויפרים עשויים בעיקר מסלעי גיר ודולומיט. אקוויפר החוף עשוי בעיקר מחול וכורכר. האקוויפרים מתמלאים ממי גשמים שמחלחלים דרך הקרקע או ממקורות אחרים (כגון מים שמוחדרים במיוחד לתת-הקרקע). קיימת סכנה ששאיבה מוגברת ממאגר כזה תגרום לירידת מפלס קריטית שתביא להמלחתו, עקב חלחול מים מליחים פנימה. זהו נזק בלתי הפיך שיגרום לפסילת מאגר כזה לשימוש. לפיכך ממלאים את האקוויפרים באופן יזום - מי שיטפונות וכן מים עודפים שנצברים בכנרת, בשנים ברוכות, מוזרמים אל האקוויפרים. ירידה במפלס הכנרת היא על כן לעיתים מתוכננת ונובעת מוויסות כזה.
חלק גדול משאיבת המים בישראל נעשה כיום מאקוויפר ההר. חלק מסוים מן השאיבה מן האקוויפרים מהווה שאיבה חוזרת של מי הכנרת ומי שיטפונות שהוחדרו לאקוויפרים בשנים גשומות. בשנים גשומות במיוחד, מוחדרים לאקוויפרים מרבית המים הנשאבים מן הכנרת, בעוד שבשנים שחונות בהן יורד מפלס הכנרת סמוך לקו האדום התחתון - לא נעשית החדרה ממי הכנרת וכל השאיבה משם מופנית לצריכה.
מאקוויפר החוף שואבים רק במקומות מסוימים בשל מצבו הקריטי - חלקים ניכרים ממנו הומלחו עקב שאיבת יתר בעשרות השנים האחרונות. מי הכנרת מוזרמים אל האקוויפרים, כמו גם אל שטחי הנגב, באמצעות המוביל הארצי ומפעל ירקון-נגב – רשת משוכללת, מאובטחת ומפוקחת אקולוגית, המשמשת להובלת המים .
המלחמה על המים.
אגם הכנרת ניזון בעיקר מנהר הירדן וכן מהמטרה ישירה של מי גשמים. נהר הירדן עצמו ניזון בעיקר מנחלים הקרויים מקורות הירדן (חצבני, בניאס ודן). רוב המים הזורמים בנחלים אלו מקורם בהפשרת שלגים בחרמון ובהרי לבנון וסוריה. שליטתן של מדינות זרות אלה, על מקורות המים היא בעייתית ביותר, עקב היותן מדינות אויב. בעבר, בעת מגעים מדיניים ברמות שונות בין ישראל לסוריה, עלתה דרישתה לשליטה על חלקים מחוף הכנרת. העברת השליטה בשטחים אלה מישראל לסוריה עלולה להעביר גם את השליטה על חלקים ניכרים ממי הכנרת לידי סוריה.
בשנת 1964 החלה סוריה בפרויקט נרחב של הסטת מסלולו של הבניאס אל עבר שטחה. ישראל הגיבה בהפגזה כבדה של אזור הפרויקט. תקופה זו כונתה "המלחמה על המים".
משבר המים בישראל.
בעיות באיכות וכמות המים.
מאז הקמתה התעוררו שתי בעיות מרכזיות במשק המים בישראל - ירידה בכמות המים הראויים לשתייה, והתדרדרות מתמדת באיכותם. רמת המליחות בכנרת ובאקוויפרים הלכה ועלתה וגרמה לירידה באיכותם של המים. בנוסף, לא תוכננו תוכניות ארוכות טווח של חיסכון מים לשנות בצורת. חוסר טיפול בשפכים, פסולת ודלקים גרם לזיהום מי התהום. את מצב זיהום המים בארץ ניתן לראות בזיהום הנחלים כמו נחל הקישון ונחל הירקון. לעיתים סביבות אקולוגיות ונחלים מתייבשים עקב המחסור במים ולעיתים הופכים לתעלות ביוב עקב זיהום תעשייתי. מעבר לירידה בכמות ובאיכות עלתה גם צריכת המים עם השיפור במצב הכלכלי, עלייה לישראל ובריבוי הטבעי.
בעיות סמכותיות.
מעבר לבעיות אלו, עד להקמת הרשות סבל משק המים מביזור סמכויות בין משרדי הממשלה השונים וחוסר יכולת לקבל החלטות ולתכנן את משק המים לטווח הארוך.
בשנת 2001 הגישה הוועדה המיוחדת של הכנסת לחקירת הנושא את מסקנותיה הסופיות. דו"ח הוועדה העביר ביקורת קשה מאוד על הממשלה ועל המעט שנעשה לאורך השנים לטיפול בנושא, ותיארה את המצב כעל סף קריסה ואסון. עיקר הביקורת התייחס לתהליך קבלת ההחלטות במשק המים, היחסים בין הרשויות העוסקות בנושא, אי הגדרה של מדיניות כוללת והיעדר מקור, רשות או סמכות אשר ירכז בתוכו את התכנון והביצוע של התוכניות למשק המים.
הסמכויות במשק המים פוזרו בין מספר משרדים:
פיזור הסמכויות בין המשרדים השונים גרם לכך שלכל אחד מהם הייתה זכות החלטה על תחום אחר הנוגע למשק המים, וחוסר הסכמה של משרד אחד בנוגע להחלטה של משרד אחר היה יכול למנוע ממנה לקרות. לבסוף נכנס משק המים למצב של קיפאון מתמיד.
משק המים ברשויות המקומיות.
בעיה נוספת הייתה בתוך הרשויות המקומיות, אשר היו גובות כסף על שימוש במים, אך היו משתמשות בו לטובת נושאים אחרים כמו חינוך ורווחה. כתוצאה מכך חלה התדרדרות בתשתיות המים ברשויות המקומיות, מה שגרם לדליפות מים רבות ולבזבוז מים. ירושלים הייתה העיר היחידה שבה פעל תאגיד מים עוד לפני הקמתם לפי חוק, "הגיחון".
בנוסף, לא נבנו מתקני סינון וטיפול מים, לא היה מעקב אחר תשתיות המים וכו'.
מחזור מים.
בעיה נוספת הייתה אי מחזור המים. עד לשנת 1990 המים ששימשו לחקלאות היו מי שתייה. רק החל משנות ה-90 החל תהליך של מחזור מים ושימוש במי קולחין.
מסקנות הוועדה והצעדים שננקטו.
רוב מסקנות הוועדה מומשו כלשונן:
פיתוח מקורות מים חדשים.
בעיית המים של ישראל עולה ויורדת מסדר היום הציבורי בהתאם למפלס הכנרת ולהופעתן של שנים שחונות או שנים ברוכות גשמים.
הובלה.
במחצית הראשונה של העשור הראשון של המאה ה-21 התנהלו דיונים מתקדמים עם טורקיה לגבי רכישה של מים מתוקים, שיועברו באמצעות מכליות, ואף נידונה אפשרות של הנחת צינור מים בין המדינות, כדי לפתור מחסור אפשרי במים בשנים שחונות. עם זאת, הצעות אלו לא יצאו אל הפועל.
טיהור שפכים.
ישראל וסינגפור הן המדינות המתקדמות ביותר בעולם בהשבת שפכים לצורכי חקלאות.
המפעל הגדול ביותר למטרה זו הוא השפד"ן. כ-70 אחוזים ממי הביוב בישראל עוברים טיהור ומושבים לצורכי השקיה, וכ-60 אחוזים משדות הנגב מושקים במי קולחין שעברו השבה. צינור המים המוביל אותם לנגב מכונה "הקו השלישי".
התפלה.
מקור מים אפשרי נוסף הוא מים מליחים, לרבות מי-ים (המצויים בכמות בלתי מוגבלת למעשה). בתהליכים (פיזיקליים בעיקרם) מסוגים שנים, תחת הכינוי הכולל "התפלה", ניתן להפריד את המים מהמלחים המומסים בהם (או מרובם) ולקבל מים בעלי תכולת מלחים נמוכה המתאימים לשימושים חקלאיים, ובתהליכים מסוימים ניתן לקבל מים באיכות מספקת לשתייה. הבעיה היא שהתפלת מים היא יקרה מאוד כי התהליך צורך אנרגיה רבה. בעבר, עלות מטר מעוקב של מי ים מותפלים הייתה גבוהה פי כמה מעלות הפקת מים שפירים ממקורות "טבעיים". ורוב המים בתהליך ההתפלה מתאדים. אולם, בשנים האחרונות, ירדה עלות ההפקה של מים מותפלים באופן משמעותי, אם כי היא עדיין גבוהה מעלות הפקת מים מקידוחים ובאמצעות שאיבה. התפלה גם דורשת שימוש בחומרי גלם שאף הם במחסור ויש לרוכשם. מתקני התפלה פועלים בקנה מידה קטן כבר שנים רבות באילת ומתפילים מים מליחים לרמת מי שתייה. מתקן המים הגדול הראשון שנכנס לפעולה הוא מתקן התפלה אשקלון שהחל לפעול ב-2005 ומספק כ-100 מיליון מטר מעוקב של מי ים מותפלים בשנה. מתקן זה פועל בשיטת האוסמוזה ההפוכה והוא הגדול מסוגו בעולם ומפיק מים באיכות טובה בעבור מחיר נמוך יחסית למחיר העולמי של פחות מ-0.53 דולר לקוב, מחיר שאינו גבוה משמעותית ממחיר מים שאובים ממקור חדש. מתקן התפלה פלמחים שהחל לפעול בשנת 2007 מספק כ-30 מיליון מטר מעוקב מים בשנה. בדצמבר 2009 החל לפעול מתקן התפלה חדרה שמספק עד 127 מיליון מטר מעוקב של מים בשנה.
בתחילת 2009 הכריז יו"ר רשות המים, על השקעה של 300 מיליון דולר לטובת הקמה של שישה מתקני התפלה זמניים. ההחלטה באה כפתרון זמני להתמודדות עם המשבר במשק המים. בהשוואה למתקנים קבועים, שזמן ההקמה שלהם הוא כ-2 שנים שאורך חייהם הוא 20–30 שנה וכ-3 שנים למתקנים תמידיים שאורך חייהם הוא כ-70–100 שנים, מתקני ההתפלה הזמניים מוקמים בזמן קצר יותר (כמה חודשים), אך עלות הפקת המים מהם גבוהה פי 2. המתקנים הזמניים צפויים להיות מורכבים בתוך מכולות שימוקמו בסמוך למתקני ההתפלה הקיימים באשקלון, חדרה, ומעגן מיכאל.
מפעלי ההתפלה גדולים הפועלים בישראל, נכון ל-2011:
באמצע העשור השני של המאה ה-21 שיפרה הפעלת מתקני ההתפלה את מצבו של משק המים בישראל. ב-2015 למעלה ממחצית מהמים הנצרכים בישראל מופקים באמצעות התפלת מי ים ומחזור מי שפכים (כ־540,000 אלמ"ק מים מותפלים ו-68,970 אלמ"ק קולחין).
אגירת מי גשמים.
בשנת 2007 החלה לפעול בעיר ראשון לציון מערכת לאגירת מי גשמים (נגר עילי). בשלב הראשון, מי הגשמים שימשו להשקיה של פארקים וגינות ציבוריות במערב העיר. ובשלב הבא המים יעברו השבחה עד לרמה של מי שתייה רגילים.
פיקוח, בקרה ומנהלה.
הרשות הממשלתית למים ולביוב (בשנים 2006-1957 - נציבות המים) הכפופה למשרד משאבי המים היא הגוף האחראי על הפיקוח על מקורות המים והקצאתם. הרשות מופקדת על כל הגופים המפיקים מים בישראל, לרבות חברת מקורות המפיקה כ-65% מן המים בישראל ועוסקת בהולכתם ברמה הארצית (בעיקר מוביל המים הארצי). חברת "תה"ל" (תכנון המים לישראל) הייתה אחראית על התכנון ההנדסי של מפעל המים הארצי.
מדיניות משק המים בישראל נקבעת על ידי הרשות ומספר גופים ממשלתיים כמו המשרד להגנת הסביבה ומשרד הבריאות. בראשית פעולתה הייתה נציבות המים (שהרשות היא יורשתה) כפופה למשרד החקלאות, אולם מאז עברה הכפיפות דרך מספר משרדים ממשלתיים.
שפכים.
במדינת ישראל מיוצרים מדי שנה 450 מיליון מטרים מעוקבים של שפכים. השפכים שיטופלו באיכות גבוהה, יכולים לשמש להשקיה חקלאית ללא חשש לזיהום קרקע ומי תהום. השפכים שאינם מטופלים או מטופלים באיכות נמוכה, מזהמים את מי התהום, הנחלים, הקרקע והים ופוגעים בצמחייה.