Τα στατιστικά μοντέλα αναλύουν και προβλέπουν την τάση του υδρολογικού κύκλου και την αλληλεπίδραση των υδρομετεωρολογικών δεικτών συλλέγοντας ιστορικά δεδομένα και χρησιμοποιώντας μαθηματικές και στατιστικές μεθόδους. Τα κοινά στατιστικά μοντέλα περιλαμβάνουν χρονοσειρές, γραμμική παλινδρόμηση, βαθιά μάθηση και νευρωνικά δίκτυα. Το πλεονέκτημα των στατιστικών μοντέλων είναι ότι είναι απλή στη λειτουργία, κατανοητά και εφαρμόζονται και δεν απαιτούνται εις βάθος γνώσης των φυσικών διεργασιών. Ωστόσο, η ακρίβεια του εξαρτάται συχνά από την ποιότητα και την ποσότητα των ιστορικών δεδομένων. Εάν τα ιστορικά δεδομένα είναι ανεπαρκή ή ανακριβή, τα αποτελέσματα του προβλήματος του μοντέλου θα επηρεαστούν επίσης.
