Tài nguyên nước của huyện bao gồm nguồn nước mặt và nước ngầm. Nguồn nước mặt của huyện chủ yếu do sông ngòi và lượng nước mưa tại chỗ cung cấp.
- Về nước mặt: Huyện có hệ thống sông ngòi phong phú nhất tỉnh, ngoài sông Mã, sông Chu – hai con sông lớn nhất nhì xứ Thanh chảy qua, huyện còn có các hệ thống sông nhỏ khác như sông Mậu Khê, sông Cầu Chày, sông Nhà Lê. Đặc biệt, ở đây còn có cả hệ thống kênh đào Bái Thượng và kênh Nam sông Mã đi qua.
Ngoài hệ thống sông tự nhiên cùng kênh đào thì Thiệu Hóa cũng là huyện có rất nhiều hồ, ao: Hồ Mật ở xã Thiệu Hòa, hồ Đa Nồn (diện tích 20 139m2), hồ Cồn Xim (diện tích 11 437m2) ở xã Thiệu Tiến, ao Ông Cai (diện tích 3 000m2), ao Bổng Bằng (diện tích 1,5ha), ao Nước Chằm (diện tích 1,5 ha) ở xã Thiệu Hợp.
- Về nước ngầm: Thiệu Hóa còn có nguồn nước ngầm khá phong phú. Theo điều tra của trạm dự báo và phục vụ khí tượng thủy văn thì nguồn nước ngầm của huyện nằm trong lớp sạn sỏi của tầng Đệ Tứ của đá gốc với thành phần cát bột kết và phiến sét có bề dày trung bình 60m gồm 3 lớp nước với áp suất chứa trong cuội sỏi của trầm tích Pleistocene rất phong phú. Lưu lượng hố khoan chiếm 22-23l/s với độ khoáng 1,2g/l. Với nguồn nước ngầm có trữ lượng dồi dào như vậy cho phép huyện Thiệu Hóa khai thác để xây dựng những nhà máy nước cỡ vừa và nhỏ để phục vụ các khu dân cư trên địa bàn huyện một cách thuận lợi.
Với nguồn tài nguyên nước mặt giàu có và phong phú đã tạo điều kiện thuận lợi cho sinh hoạt và sản xuất nông nghiệp ở huyện Thiệu Hóa. Ngoài hệ
thống sông ngòi, hệ thống ao, hồ cũng rất phong phú đây cũng là nguồn tài nguyên nước khá dồi dào. Ngoài việc hỗ trợ cung cấp nguồn nước tưới cho đồng ruộng, hệ thống ao, hồ này còn có ý nghĩa phát triển nghề nuôi trồng thủy sản kết hợp với chăn nuôi, trồng trọt theo mô hình trang trại rất hiệu quả.