环境水质学实验室由汤鸿霄院士于1989年创建，是环境模拟与污染控制国家重点联合实验室的一个组成部分。实验室目标是面向国家解决水环境污染和饮用水安全保障问题的重大需求和国际水科学技术领域的研究前沿，深入探索天然水体和水处理过程中水质转化的基本规律，发展水处理高新技术，建立并完善环境水质学的学科体系，成为我国本领域高级科技创新人才的培养基地和自主创新平台。
      实验室固定人员总数为80人，包括中国工程院院士2名，国家杰出青年基金获得者6名，并建有国家基金委“环境微界面过程与污染控制”创新研究群体（2013年进入创新三期）。
      经过20多年的建设与发展，实验室建立了学科交叉、特色鲜明、布局合理的“环境水质学”学科体系，形成了基础与应用并重的特色。实验室下设住房与城乡建设部农村污水处理技术北方研究中心、工业废水处理与资源化北京市重点实验室、中国科学院-发展中国家科学院水与环境卓越中心等研究平台，在环境水质学理论体系研究以及饮用水安全保障、农村污水处理以及若干典型行业废水处理等技术研发中拥有雄厚的研究实力，在相关行业内形成了重要影响，并为提升我国在该领域的国际学术地位做出了重要贡献。
   
    主要研究领域包括：
    1 水质风险的识别与评价
       针对复合污染水质，建立不同类型水体污染物高效分析鉴别技术，结合污染物风险排序技术，明确不同水质优控污染物识别鉴定基本原则与流程；系统研究优控污染物在不同水体及工艺过程中的产生机制、赋存形态、多介质过程、空间分布规律和潜在风险，揭示不同水体优控污染物的来源、环境过程和危害，为我国毒害污染物环境管理及风险源识别提供技术支撑，为发展复合污染水质风险因子识别和控制理论提供科学依据。
    2 水质污染的生态与健康效应
       发展基于活体和离体生物测试的多物种、多层次、多指标的污染物毒性效应评估技术；针对复合污染水质，发展定量识别水中各类健康/生态效应贡献因子的毒性当量方法和组分分离技术，研究不同水环境及水处理工艺过程中有毒污染物生物效应的发生、变化规律及联合毒性效应；从生物个体水平－细胞水平－分子水平全方位解析复合污染水质污染物的生态效应、健康效应及作用机制；发展化学分析和生物测试相结合，离体测试和活体测试相印证的复合污染水质生态与健康风险研究理论。
    3 水质变化的多相微界面过程
       建立在复杂条件下多相微界面定性和定量表征新方法，发展气、液、固多相微界面过程原位表征方法，研究典型污染物在水/固、气/固、固/固以及水/气/固等多相微界面的转移转化规律、反应机制及交互作用过程，揭示多介质/多界面过程对水质变化的影响机制；研究污染物在吸附/解吸、氧化/还原、凝聚/絮凝、生物代谢等非均相反应过程中的迁移转化规律及调控原理，进一步发展基于微界面过程的污染控制技术原理，为创新水质净化的新原理与新技术奠定基础。
    4 水质净化的新原理与新技术
       针对城市污水及重点行业工业废水的处理、回用及资源化能源化问题，研究水处理过程中水质净化-物质回收-能量转化的协同调控原理、机制和物质流、能量流的变化规律；重点研发膜分离、絮凝、吸附、催化氧化、电化学、生化等各种高效水处理新材料、新技术及组合工艺，构建相应的集成反应器，形成水质净化与物质资源化能源化相协同的水处理技术系统并进行工程实践。 
    5 水质安全的过程调控与优化利用
       系统分析流域水生态系统结构与功能演变规律，揭示流域水生态空间与水体水质的耦合作用机制，建立复杂条件下流域退化水生态系统修复和水质安全保障的综合调控技术方法；推进村镇水污染综合控制与水环境管理技术策略研究与应用；发展水环境与水景观的水质维持技术、河湖湿地生态修复技术以及地下水污染的原位修复技术。