实验室在北方缺水区建设了包括16个实验站和试验基地的水资源高效利用试验研究站网，覆盖了西北干旱内陆区、黄淮海平原、东北黑土地、内蒙古河套灌区。部分实验站经过长期建设，已达到了国际一流的设施条件水平，为区域水资源高效利用研究提供了良好的野外试验平台，其中甘肃石羊河实验站和山西寿阳实验站入选国家野外科学观测研究站。

实验室拥有44台（件）单价100万元以上的大型科研仪器、23套重大科技基础设施，组建了天-空-地一体化农业水循环全要素监测体系，累计形成了20余套大型科学观测数据集。