Územím chránenej krajinnej oblasti pretekajú tri rieky: Morava, Rudava a Myjava. Rieka Morava na Záhorskú nížinu prenikla za ustupujúcim Pontským morom. V tomto období prehrala boj o rozvodie s Váhom. Potoky smerujúce do Váhu, vyvierajúce v Bielych Karpatoch sa podrezali pod pramene potokov, smerujúcich do Moravy. Morava pôvodne tiekla východnejšie, ale počas štvrtohôr ju piesky vytlačili na západ. Vytvorili bariéru aj pre potoky stekajúce z Malých Karpát a tie sa zhromažďujú pod svahmi, pozdĺž ktorých tečú na juh a pri zníženinách alebo menšej vrstve piesku, pravouhlo prerážajú k Morave. To je príčinou nízkej riečnej siete Záhorskej nížiny. Zmeny vodného režimu na hornom toku Moravy a jej prítokov, ktoré nastali výstavbou vodných diel Nové Mlýny, vznikom veľkých nádrží po vyťažení štrku, napríklad v okolí Továčovej, zachytávajú povodňové vlny aj na dolnej časti Moravy. Narušili pravidelnosť záplav v inundácii, tak potrebných pre zachovanie podmienok pre stabilizáciu mäkkého luhu. Najspodnejšia časť Moravy po úroveň Národnej prírodnej rezervácie Horný les je dotovaná záplavami aj počas vyššej hladiny v Dunaji.

 

 

 

Ostatné vodné toky postihol osud všetkých nížinných tokov, sú kanalizované. Výnimku tvorí ústie Rudavy, ktoré je vďaka ochrany štátnej hranice renaturalizované a v súčasnosti odzrkadľuje stretnutie dvoch tokov odlišného temperamentu. V zime pri stabilizovanej hladine Moravy je dôležitou lokalitou výskytu bobra a bránou vstupu vydry na západné Slovensko zo zachovalých lokalít v susednom Rakúsku.

Vodné plochy v CHKO tvoria 4 % z rozlohy. Z prírodného hľadiska upúta Devínske jazero, čo je vlastne prirodzeným, ale aj umelým prehradením ramena rieky Morava, vytvorené viacramenné riečne jazero. Najmä na rekreáciu slúžiace umelé nádrže Tomky sú predimenzované výstavbou chát a pre ochranu prírody majú iba okrajový význam. V sihoti pod Vysokou pri Morave v tesnej blízkosti Národnej prírodnej rezervácie Dolný les sa ťažbou štrku stále zväčšuje umelá nádrž, ktorá sa v súčasnosti rozprestiera na ploche niekoľkých desiatok hektárov. Upraviť jej okolie tak, aby nerušilo prirodzený vzhľad krajiny, bude zložité.

Znečistenie vody odráža krajinný priestor, v ktorom sa územie nachádza. Silne hospodársky využívané povodie spôsobuje znečistenie rieky Morava, ktoré pod stupeň znečistenia 4 klesá iba pri vyšších prietokoch. Najväčšie znečistenie vykazuje hraničný tok územia chránenej krajinnej oblasti kanál Malina, ktorý supluje absolútne nedostatočnú čistiarenskú kapacitu Malaciek a saturuje komunálne i priemyselné znečistenie v dĺžke 12 km vo svojom toku, následkom čoho v ňom absentujú vyššie formy života.

Nedostatok povrchovej vody čiastočne kompenzuje podzemná voda, ktorá sa vo veľkých množstvách zhromaždila pod priepustnými vrstvami viatych pieskov. Hladina podzemnej vody, ktorá je nosnou zásobárňou lesa sa pôvodne vyskytovala v hĺbke 150 až 800 cm v závislosti od mocnosti duny. V posledných dvadsiatich rokoch má klesajúcu tendenciu, miestami až o 150 až 200 cm.