面向“山水林田湖草沙”系统治理、湖泊水安全保障和长江流域高质量发展等国家重大需求，聚焦湖泊流域系统科学国际前沿，实验室围绕湖泊流域水文过程与调控、湖泊环境过程与治理、湖泊生态安全与修复、长江流域水安全保障等4个研究方向，发展湖泊流域科学基础理论和研究方法，创新湖泊流域综合治理和智慧管控技术，形成具有中国特色的湖泊流域科学体系，在服务我国五大湖区湖泊生态环境保护与资源合理利用、长江流域水安全保障方面提供示范，在提升综合解决湖泊流域复杂生态环境问题的能力、支撑我国湖泊流域生态环境质量改善和长江流域高质量发展方面发挥引领作用。
解析湖泊水资源、水动力以及光热耦合等水文过程，揭示湖泊水资源与水文过程对人类活动和气候变化的响应机理与调控机制；阐明水文循环驱动下湖泊流域物质迁移转化的时空格局、过程机理与复合效应；突破复杂湖泊流域水文-水动力-水生态集成模拟，揭示湖泊流域多圈层、多要素、多尺度耦合作用，支撑湖泊流域水资源管理和安全保障等重大需求。
（2）湖泊环境过程与治理
创新湖泊环境过程与变化研究的理论与方法，揭示湖泊污染过程及其驱动机制；阐明人类活动与气候变化多重胁迫下湖泊环境治理与修复的理论、方法与技术原理，量化并模拟湖泊环境灾害产生过程及控制途径；突破湖泊环境感知、污染控制、环境预警的技术、材料和装备；构建湖泊环境治理与修复的总体方案，创建湖泊系统感知及修复新型装备研发基地。
创新湖泊沉积与全球变化研究的理论与方法，阐明不同时空尺度湖泊生态系统分布格局、形成机理、演化规律及其驱动机制；揭示湖泊生态系统结构与功能对全球变化的响应与适应机制，量化人类活动和气候变化的影响与贡献；创新湖泊生物资源保护和生态系统修复的理论基础和技术原理，协同湖泊资源利用与生态保护，开展湖泊生态系统健康诊断与评估；开展湖泊修复与保护实践，支撑我国湖泊资源可持续利用与生态安全保障。
（4）长江流域水安全保障
突破湖泊流域系统监测、评价、模拟和管控关键技术；探明人类活动和气候变化影响下通江湖泊洪旱灾害及水资源效应；揭示湖泊流域氮磷污染物迁移转化机制，提出流域污染物削减策略；开展长江流域重点区域水生态和生物多样性保护，解析环境和人类因素对生态系统多维生态功能格局变化的驱动作用；构建长江流域绿色发展与水安全协同评估体系，提出协同水安全的高质量发展模式与实现路径，为长江经济带发展、长三角一体化等国家战略提供科技支撑。
