Відділ гідрології — найбільший підрозділ Дунайської ГМО. До складу відділу входять 17 стаціонарних пунктів гідрометеорологічних спостережень. Крім цього, фахівці відділу регулярно проводять експедиційні дослідження в дельті Дунаю і на Придунайських озерах.

У роботі відділу гідрології можна виділити три основні напрямки: річкове, озерне і морське.

Основою річкового розділу робіт є моніторинг гідрологічного режиму річки Дунай і водотоків дельти. На 10 річкових гідрологічних постах проводяться спостереження за рівнем, температурою і каламутністю води, елементами льодового режиму і небезпечними явищами погоди. На українській ділянці Дунаю систематично проводяться експедиційні дослідження на т/х «Тимофій Богатир», які включають в себе вимірювання витрат води і наносів на 22 гідростворах р. Дунай і рукавах дельти, в тому числі на 5 прикордонних гідростворах — спільно з румунськими фахівцями. Ведуться спеціальні дослідження стоку наносів, процесу проникнення морських вод в рукава, а також спостереження за динамікою морського краю Кілійської дельти.

Озерний напрямок представлено моніторингом гідрологічного режиму найбільших Придунайських озер. П’ять гідрологічних постів на озерах Кагул, Ялпуг-Кугурлуй, Катлабух, Китай і Сасик, спостерігають за рівнем, температурою, каламутністю води, хвилюванням і льодовими явищами. В план роботи цих постів включені також метеорологічні спостереження. На найбільшому озерному комплексі України — Ялпуг-Кугурлуй фахівці відділу гідрології виконують щодекадні експедиційні дослідження на мотокатері «Вихор», в ході яких проводять гідрометеорологічні спостереження на термічних профілях і рейдових вертикалях.

Морські спостереження ведуться на постах Приморське і Усть-Дунайськ. Крім стандартних спостережень за рівнем, температурою води, льодовими явищами і хвилюванням тут проводяться також вимірювання солоності води і метеорологічних параметрів. Крім спостережень на існуючих стаціонарних пунктах планується відновлення рейдових гідрологічних і гідрохімічних досліджень гирлового узмор’я Дунаю на експедиційному судні «Циклон».

Основне завдання інженерів відділу гідрології полягає в забезпеченні працездатності мережі спостережень, обробки і аналізу отриманих гідрометеорологічних даних. Узагальнена та систематизована інформація про гідрометеорологічному режимі гирлової області Дунаю заноситься в базу даних Дунайської ГМО, а також публікується в щорічних виданнях Державного водного кадастру і науково-технічних звітах обсерваторії.