（一）大一统思想
《水经注》虽属学术专著，但其思想性也极强，字里行间饱含着作者的深厚感情，首先表现在大一统的爱国主义情怀。
大一统：大，重视、尊重；一统，指天下诸侯皆统系于天子。后世称封建王朝统治全国为大一统。
中国的大一统思想由来已久。孔子心中的理想帝王就应握有一统天下的权威，所谓“礼征乐伐自天子出”。儒道墨法等各派思想中都潜藏着大一统的身影。老子主张以“一”为本，“道生一，一生二，二生三，三生万物”。大一统从此有了本体论。正式提出“大一统”的是《公羊传·隐公元年》：“何言乎王正月？大一统也。”唐人颜师古说：“一统者，万物之统皆归于一也……此言诸侯皆系统天子，不得自专也。”疏曰：“王者受命，制正月以统天下，令万物无不一一皆奉之以为始，故言大一统也。”李斯更是明确提出：“灭诸侯，成帝业，为天下一统。”《汉书·王吉传》中称：“春秋所以大一统者，六合同风，九州共贯也。”大一统的原始意义正是消灭对手，由帝王一人统治天下。
郦氏家族书香门第，郦道元从小受正统的儒家教育，大一统的思想根深蒂固。然他出生时南北分裂已二百年，入仕时正值北魏强盛时期，孝文帝积极准备攻南。郦道元深深向往着大一统，把这种情怀寄托在孝文帝身上，期冀汉化了的北魏一统中华，然而孝文帝中道崩殂，随后北朝一蹶不振，南北统一的希望成为泡影。郦道元遂通过著书抒发自己的情怀。
郦道元身处南北分裂的时代，但心目中却只有一个统一的祖国。他以大一统的西汉王朝为《水经注》的记述版图，丝毫没有把北朝和南朝的分界线放在眼里，更没有在《水经注》中提到哪一条河，哪一座山是南北两国的界限所在。他注意到了北魏与南朝之间通和、通商的途径，却很少谈及它们之间交战的地点。在《水经注》中，祖国辽阔的山河大地是不分东西与南北的。郦道元对祖国的一山一水都充满了炽热的爱，并以细腻、生动的笔触去描画。即使是他从未踏足的南朝土地亦叙述得如此详细，景物如此逼真。
最能说明这一点的是，郦道元在《水经注》中没有北尊南卑的思想，他在文中多次用过南朝的年号，这使得后期的研究者们为之愕然。不提清朝的文字狱对那些使用前朝年号的文人的迫害，合族受戮，牵连无计，就是现在不同的派别亦有不同的政治立场。而郦道元，家族历代服官于北朝，自己亦为朝廷重臣，多次受命平叛乱与南侵，他对北魏的忠心自不必言，绝无可疑。然在《水经注》中十五次使用南朝年号，这就充分地说明郦道元没有南北之分的政治立场，着眼于全国范围，以期冀的大一统的西汉为基础进行他的地理创作，深切体现了这种积极开拓、奋发向上的气魄，这种兼收并蓄、包容一切的胸怀。
除此之外，在《水经注》中，郦道元表现了高度的民族自豪感，他心目中的民族并不仅仅局限于汉族，而是由多民族组成的整个中华民族的统一体。对于生活在祖国大地上的各族人民，不论夷夏都尽其所知地认真进行记叙。在记叙黄河流域开发史时，他十分注意汉族以外的其他民族的作用，他转引孔子称赞郯子时说的“学在四夷”一语高度地评价了古代东夷族的文化素养。他还详细地记载了少数民族的风俗习惯与历史、神话传说。如巴蛮族的首领廪君乘坐泥做的船而不沉；羌族酋长梁晖在一座无水之山中以羊献神使山泉涌出，将鞭杆插在地上长成了树林等等。对于那些促进民族交往的人物，郦道元更是详细记载，大加赞扬。
凡此种种，都表现了郦道元的爱国主义情怀，这也是他能取得如此巨大的成就，《水经注》成为传世之作的重要原因之一。
（二）崇高的思想意境
《水经注》一书处处浸润着郦道元的崇高思想，体现着他的做人原则。
表现最强的就是郦道元对邪恶势力的抨击，对清官循吏的褒扬。
郦道元有善必录，《水经注》中记下了许许多多为人民造福的历史人物的业绩。由于《水经注》是一部记载河流的专著，因此，书中记载了很多水利工程，如都安大堰、芍陂、六门陂、长湖等，以及赞扬了著名的水利专家，如李冰、王景、西门豹、史起等。同时，书中记述了许多古代为民着想的好官清官的事迹，如挂阳（今湖南省彬县附近）太守茨充教民织履穿鞋；陇西（今甘肃省陇西县附近）太守马援引水种稻；渔阳（今北京市密云县西南）太守教民垦殖等事迹。且有赞颂清官良吏的歌谣，如刘陶出任颍阴（今河南省许昌市附近）县令，为官清正，关心县治，因而颍阴风气大正，道不拾遗。刘陶因病离任以后，当地百姓编了童谣来歌颂他：“悒然不乐，思我刘君，何时复来，安此下民。”
郦道元疾恶如仇，《水经注》中批判了不少不利于人民的弊政，谴责了很多为害人民的暴君和贼臣。郦道元在《水经注》中记录了这样一首民歌：“生男慎勿举，生女哺用脯，不见长城下，尸骸相支柱。”强烈地抨击了秦始皇的暴政。又如，汉武帝扩大上林苑，供个人狩猎；王莽筑九庙，功费数百万，死者以万计；曹魏明帝建景福殿，造价八百万等等。郦道元对此都一一详记，使之罪状昭彰，从而作出了不言而喻的批判。
《水经注》一书涉及了不少鬼神故事，用意在于揭露事物真相，反对迷信盲从。
淝水之战前，东晋谢玄曾往八公山祈祷。后来，苻坚眺望八公山上，误将草木视为军队。于是，人们纷纷传说，由于谢玄的虔诚祈祷，八公山神显灵了。这也是“草木皆兵”一词的由来。但是，郦道元指出，这并不是八公山的神灵帮助东晋，而是苻坚将士的心疑神惑。
安喜县城（今河北省定县城关）的一个城角崩塌以后，人们发现城角下有不少巨大的木材，横竖相交，如梁柱形状，以为发现了地下的神宫。郦道元对此怀疑，他认为：这一带原先是古河滩，由于山水奔荡，将上游的巨木顺流冲下来，堆积于此。后来木材被沙土掩埋，天长日久，淤积成平地。以后，人们在此筑城，恰巧建于木上。如今城角崩塌，原先堆积在它下面的木材又重见天日。因此，这一切毫不足怪。
从上述例子中可知，郦道元是坚决反对那些荒诞的鬼神迷信之谈的。
当然，《水经注》中也记述了一些神话故事和怪异传说，例如巫山神女、天马行空、鲤鱼跳龙门等等。但是，这些故事与传说早已为人民群众喜闻乐见，它们反映了人民群众渴望征服自然和憧憬未来的美好愿望，与迷信、落后的传闻性质是决然不同的。对于有些自然现象，限于当时的科学水平，郦道元还无法作出正确的解释，而陷入了谬误的认识之中。这是时代的局限所致。
与同时代的书籍比较，《水经注》的思想内容已经达到了相当崇高的境界。
