黄河调水调沙试验的总目标是：水库、河道减淤，探索黄河水沙运行规律，实现人、水、沙的和谐相处，维持黄河健康生命。在总目标原则下，依据水库、河道、来水来沙情况等边界条件，年度、时段的试验目标则相应不同。
2.1 2002年黄河首次调水调沙试验目标
首次调水调沙试验是针对小浪底水库初期运用的特点进行的，实施的是小浪底和三门峡两库联合调度方式，主要目标是：
（1）寻求试验条件下的黄河下游泥沙不淤积的临界流量和临界时间。
（2）使下游河道（特别是艾山至利津河段）不淤积或尽可能冲刷。
（3）检验河道整治成果、验证数学模型和实体模型、深化对黄河水沙规律的认识。
2.2 2003年黄河第二次调水调沙试验目标
第二次调水调沙试验是结合防洪预泄进行的，实施的是小浪底、三门峡、陆浑、故县四库联合调度，是典型的水沙多目标调度方式，主要目标如下：
（1）实现水资源安全。即在保证防汛安全的前提下，最大程度地实现洪水的资源化，为2003年秋至2004年春期间用水和引黄济津储备水源。
（2）实现小浪底库区减淤，实践“拦粗排细”设计调度思想，大部分浑水水库“水沙”体排出。
（3）下游河道发生冲刷或至少不发生大的淤积，尤其是艾山至利津河段不发生淤积。
（4）三门峡库区减淤，并有效降低潼关高程。
（5）下游减灾与减淤的统一，即不发生大的漫滩损失。
（6）小浪底坝前淤泥层高程降至179m左右，解决闸前防淤堵问题，确保枢纽运行安全。
（7）小浪底库水位250m台阶持续一定时间，满足设计对大坝安全的要求，并为2004年水库在250m以上运用创造条件。
（8）支流减灾与干流减灾的统一。除保证黄河下游干流防洪安全外，兼顾伊河下游、洛河下游、伊洛河的防洪安全。
（9）进一步深化对黄河水沙规律的认识。
2.3 2004年黄河第三次调水调沙试验目标
第三次调水调沙试验是针对小浪底水库汛初蓄水较多，黄河中游又无中小洪水的特点进行的，实施的是黄河干流万家寨、三门峡、小浪底三库串联联合调度方式，主要目标是：
（1）实现黄河下游主河槽全线冲刷，进一步恢复下游河道主槽的过流能力；
（2）调整黄河下游两处卡口段的河槽形态、增大过洪能力；
（3）调整小浪底库区的淤积形态；
（4）进一步探索研究黄河水库、河道水沙运动规律。