就降水来说，黄土高原的年降水量基本上介于400～600毫米之间。400毫米等降水量线大致与外长城相伴随，低于400毫米等降水量的地方只有定边—海原—兰州一线以北的同心、盐池、靖远、循化等少数县份。而东南部的豫西北和晋东南，正处于东南季风进入黄土高原的前沿地带，雨水较多，年降水量可达600～850毫米以上，为黄土高原的多雨地区。黄土高原最多雨的地方是五台山、太行山的向风坡，年降水量可达800毫米以上。
黄土高原降水存在的问题是季节分配不均，变率大，保证率低。黄土高原的年降水量有70%以上集中在夏半年（特别是6～9月），这时正是作物生长旺季，多雨对农业有利。但春季降水少（占年总量15%左右），而气温升高快，春旱较为普遍，常影响春播，导致减产。黄土高原降水年变率大，平均达20%～25%左右。而极端情况要严重得多，最多雨年比最少雨年的年降水量可相差2～4倍以上，如太原最高年降水量达749毫米（1967年），而最少只有216毫米（1972年），二者相差3.47倍。降水变率过大，降水保证率低，对农业高产稳产很不利。
黄土高原大部分地方降水少，而蒸发强烈，干旱问题比较普遍。一般以干燥度来反映各地的干旱程度。根据中国科学院黄土高原综合考察队编制的黄土高原地区年干燥度分布图，若以干燥度＜1为湿润区，1～1.5为半湿润区，1.5～3.99为半干旱区，＞4为干旱区的标准来划分，则黄土高原既无湿润区，也无干旱区，而是半湿润区和半干旱区约各占一半。二者的分界线（干燥度1.5等值线）大致是阳泉—离石—延安—固原—天水一线，此线东南（除个别地方外）都是半湿润区，此线西北则为半干旱区，且越往西北干燥度越高（西北边缘的同心县干燥度为3.6，盐池为3.2），干旱问题越突出。
黄土高原气候的一个有利因素是光能资源丰富。区内的太阳辐射年总量在50～55亿焦/平方米之间，仅次于青藏高原、新疆和内蒙古干旱区。光能分布呈自东南部向西北部递增的趋势。这是由于东南部雨水多，日照时数较短，而西北部雨水较少，日照时数较长所致。黄土高原的年日照时数大致介于2 300～2 900小时之间，东南部为2 300～2 500小时左右，西北部可达2 600～2 900小时。阳光是绿色植物进行光合作用创造有机物的能源，日照充足有利于作物的生长发育和果实的成熟。黄土高原的日照时间长，光能丰富，有利于农业的增产。目前区内的光能利用率还很低，只有1%～2.5%左右，还有巨大的开发潜力。加强农作物的间作混种、套种和适度密植，是提高光能利用率，提高作物产量的重要途径。
3.河沟多，径流小，水源缺
黄土高原沟道之多堪称世界之最，沟道纵横是黄土高原的一大自然景观。据粗略考察，黄土高原长于1公里的沟道有30多万条，总长度达100万公里以上。这些沟道都是山洪冲刷形成的，是洪水沟，80%以上是干沟，无常流水。所以，黄土高原沟道虽多，而水源少，径流贫乏。
黄土高原的地面径流分别流入黄河和海河。黄河水系面积有45.8万平方公里，占黄土高原总面积的88.6%，海河水系面积为5.91万平方公里，占11.4%。黄河干流穿行于黄土高原，先后纳入洮河、湟水、无定河、延河、汾河、渭河（及泾河北洛河）、伊洛河、沁河等支流，控制黄土高原西部、中部和东南部。海河水系分布在东部太行山区，其支流有桑干河、唐河、滹沱河、漳河等。
黄土高原由于降水不多而黄土渗透性强，植被稀疏，水源涵养条件差，故地面径流量小，水源短缺。如黄河流域长度超过300公里的支流有9条，其中年径流量超过30亿立方米的只有渭河、洮河、湟水、伊洛河四条。而黄河水系（包括干流）的年径流总量（607.5亿立方米），还不及长江的一条支流湘江的水量（715亿立方米），可见黄土高原径流之贫乏。
据统计，黄土高原的地面径流总量共有655.2亿立方米（含黄河干流入境水）。其中黄河流域为607.5亿立方米（下同），海河流域为47.7亿立方米。黄河流域径流源地为：龙羊峡以上黄河于流入境水210.9亿立方米，龙羊峡—大柳树（宁夏）段134.2亿立方米，河口镇—龙门段67亿立方米，龙门—三门峡段133.5亿立方米，三门峡至花园口段62.6亿立方米。各支流的年径流量：渭河73.1亿立方米，洮河53.1亿立方米，湟水50.2亿立方米，伊洛河34.7亿立方米，汾河26.6亿立方米，泾河20.7亿立方米，沁河丹河21.3亿立方米，北洛河9.93亿立方米。海河流域的径流主要来自滹沱河（16.9亿立方米）、漳河（16.8亿立方米）和桑干河（7.28亿立方米）。