Hệ thống thoát nước đô thị của Hà Nội là gồm các cống, kênh mương, hồ nội đô, các sông thoát nước ngoại thành và các trạm bơm tiêu cục bộ và đầu mối.
Theo Sở Xây dựng, 12 quận nội thành, có hệ thống thoát nước gồm hơn 3.100 cống rãnh, 220km mương sông, kênh; 38.100 ga thu; 64.000 ga thăm; 50 hồ điều hòa.
Nội thành có 57 trạm bơm trong đó có 10 trạm bơm thoát nước mưa chính như Yên Sở, Bắc Thanh Long, Đồng Bông, Cổ Nhuế, Cầu Bươu...
Hoạt động duy trì hệ thống thoát nước trên địa bàn được thực hiện theo hình thức đấu thầu với 9 gói thầu do các công ty Thoát nước Hà Nội, Công ty CP tư vấn và đầu tư xây dựng Hà Thành, Công ty CP xây dựng và dịch vụ 68, Công ty CP thoát nước và dịch vụ đô thị, Công ty CP môi trường và công trình đô thị Sơn Tây thực hiện.
Trường hợp xảy ra sự cố ngập lụt, tùy tình hình thực tế các đơn vị duy trì thoát nước sẽ huy động công nhân, thiết bị cơ giới khắc phục.
Số phương tiên cơ giới phục vụ thoát nước Hà Nội chuẩn bị là 128 xe hút, tec phản lực; 23 máy phát điện; 2 xe bơm di động; 9 máy bơm chìm; 13 tổ máy bơm di động và hơn 129 xe ô tô chuyên dùng, máy xúc, xe tải cẩu.
Sau hai giai đoạn Dự án thoát nước Hà Nội với hàng nghìn tỷ đầu tư, theo PGS.TS Trần Đức Hạ, Viện trưởng Nghiên cứu Cấp thoát nước và Môi trường hiện hệ thống thoát nước nội thành đã "tương đối hoàn chỉnh" ở lưu vực sông Tô Lịch, sông Lừ, sông Sét và sông Kim Ngưu với diện tích 77,5km2.
Hệ thống này có thể giải quyết được tình trạng úng ngập cho những trận mưa có cường độ 300mm/2 ngày tại các quận Ba Đình, Hoàn Kiếm, Đống Đa, Hai Bà Trưng, Hoàng Mai, Tây Hồ và một phần các quận Cầu Giấy, Thanh Xuân.
Các quận ở phía tây thành phố như Hà Đông, Nam Từ Liêm, Bắc Từ Liêm,… vẫn bị úng ngập sâu, tiêu thoát chậm do nằm ngoài phạm vi dự án thoát nước.
PGS.TS Trần Đức Hạ cho rằng tình trạng ngập lụt ở Hà Nội ngày càng có xu thế gia tăng, ngoài nguyên nhân khách quan biến đổi khí hậu, mưa lớn tăng còn do bất cập trong quy hoạch, quản lý hệ thống thoát nước của thành phố.
Ông Hạ phân tích, từ năm 1995, hệ thống thoát nước ở Hà Nội trải qua nhiều giai đoạn quy hoạch tuy nhiên các thông số đầu vào để dự báo trong quy hoạch còn chưa đảm bảo tin cậy nên kết quả tính toán dự báo còn có sai lệch. Cường độ mưa tính toán với trận mưa 310 mm/2 ngày không còn phù hợp, mà cần phải tính toán cường độ mưa theo giờ.
Một số công trình thoát nước lưu vực Tả Nhuệ, đã hoàn thành như cải tạo 3 trạm bơm Cổ Nhuế, Đồng Bông I và Đồng Bông II; dự án cụm công trình đầu mối Liên Mạc giai đoạn 1,... nhưng đây là khu vực có tốc độ đô thị hóa cao, khi mưa lớn kéo dài các khu vực như: Keangnam, Phạm Hùng, Phạm Văn Đồng,…sẽ bị úng ngập.
Các khu đô thị mới ở phía Tây thành phố Hà Nội như: khu đô thị mới Lê Trọng Tấn – Gleximco, Nam Cường, Resco, Thăng Long Victory … bị ngập nặng trong những trận mưa mức độ trung bình do tỉ lệ cây xanh, mặt nước không đảm bảo các chỉ tiêu quy hoạch.
Quá trình đô thị hóa đã tạo ra bề mặt không thấm nước như mái nhà, bê tông, đường nhựa… làm tăng lưu lượng nước đổ vào ống thoát nước, kênh mương. Những vùng trũng cứ lấp dần làm đường, xây nhà. Trong lúc đó năng lực tiêu thoát nước các trạm bơm nâng cấp từ trạm bơm tiêu nông nghiệp, phục vụ cho lưu vực Mỹ Đình, Từ Liêm,… hạn chế.