酈道元根據自己所見所聞，所經所歷，搜集了大量歷史地理材料，引用地方流傳的神話和傳說，為《水經》作注，“因水以證地，而即地以存古”（王先謙語）。

凡水道經過之地，詳述山陵城邑、建筑名勝、珍物異事。《水經注》記載水道1252條，成為一部三十萬字、四十卷的巨著。

為了寫《水經注》：

他閱讀有關書籍達400多種，查閱了所有地圖，研究大量水文資料，還親自到實地考察。每到一處，他都仔細觀察搜集水道分布、水利設施及其流經地區的自然和人文地理資料，核實書上的記載。那時候，交通不便，路途險峻，但他不畏艱難，跋山涉水，考察各地的山水草木和巖洞、木質等。

《水經》中記載的大小河流有137條，1萬多字，經過酈道元注釋以后，大小河流增加到1252條，共30多萬字，比原著增加20倍。書中記述了各條河流的發源與流向，各流域的自然地理、經濟地理和人文地理狀況，以及火山、溫泉、水利工程等，是中國古代最全面而系統的綜合性地理巨著。

由于《水經注》在中國科學文化發展史上的巨大價值，歷代許多學者專門對它進行研究，形成一門“酈學”。