Основными источниками водоснабжения города Нижний Тагил являются река Баранча, Нижнетагильское, Черноисточинское и Верхне-Выйское водохранилища.
В районе города Нижний Тагил установлены три створа государственной наблюдательной сети на реке Тагил. Вода реки Тагил в створе государственной наблюдательной сети выше города Нижний Тагил за период с 2001 по 2010 год характеризовалась как "грязная" и в основном соответствовала 4 классу качества разряда А. В черте города Нижний Тагил за этот же период вода характеризовалась как "грязная" 4 класса качества разряда Б (в течение 6 лет из 10) или как "грязная" 4 класса качества разряда А (4 года из 10). Качество воды в створе государственной сети наблюдения ниже города Нижний Тагил варьировало в значительных пределах от "грязной" 4 класса качества разряда Б в 2003, 2007 - 2010 годах до "очень грязной" 4 класса разряда В и Г в 2001, 2002, 2004, 2005 годах и "экстремально грязной" 5 класса качества в 2006 году.
В 2010 году использовано свежей воды 117,12 млн. куб. м, что на 16,472 млн. куб. м меньше, чем в 2009 году.
Сброс сточных вод осуществляют 16 предприятий. В общем водоотведении доля загрязненных (без очистки) сточных вод составляет 2 процента, загрязненных недостаточно очищенных на очистных сооружениях - 98 процентов.
В 2010 году объем сброса сточных вод в поверхностные водные объекты снизился по сравнению с 2009 годом на 4,15 млн. куб. м за счет снижения объемов водопотребления.
На территории города Нижний Тагил действуют 12 очистных сооружений (биологической очистки - 2, механической очистки - 10). Нормативную очистку сточных вод не обеспечивает ни одно очистное сооружение.