实验室立足我国粮食安全与水安全战略需求，面向农业水资源利用效率提升国际学术前沿，聚焦农业水资源转化过程与节水增效机理的关键科学问题，创新作物高效用水生理调控机制、农业水资源转化多过程耦合模拟与水效率协同提升机理等基础理论研究，攻克作物需水信息诊断与高水效靶向调控、作物水生产力协同提升、农业水网智慧管控技术等农业水效率提升的卡点技术，创制绿色高效节水重大装备与制剂、构建区域高水效农业发展模式。围绕作物高效用水机理与调控、农田高效节水技术与装备、农业水网系统与智慧管控、区域水资源高效利用模式等4个方向开展基础理论创新研究与技术攻关，引领农业高效用水科技与产业的创新发展，打造世界一流的农业水资源高效利用科学创新中心、技术策源地及战略智库。

总体目标包括：1）创新作物高效用水生理调控机制、农业水资源转化多过程耦合模拟以及区域水土气生系统耦合机理，引领农业水资源高效利用基础理论研究方向；2）突破作物需水诊断与高水效靶向调控方法、农业水网智慧管控技术以及精量高效节水材料与技术，创制绿色高效节水重大装备与制剂，实现农业节水关键技术自主可控；3）创建基于生态健康的区域高水效农业布局与优化模式，集成标准可推广的华北、东北、西北、黄土高原等北方缺水区作物节水丰产高效集成技术模式，破解我国北方缺水与丰产的矛盾；4）建成农业水资源高效利用科学创新中心、技术策源地、战略智库。