Lưu vực hệ thống sông Đồng Nai bao gồm toàn bộ diện tích các tỉnh Đồng Nai, Bình Dương, Bình Phước, Tây Ninh, TP.HCM, phần lớn tỉnh Lâm Đồng, một phần các tỉnh Đắc Nông, Bình Thuận và Long An.

Dòng chính sông Đồng Nai tính theo nhánh Đa Nhim tới cửa Xoài Rạp là 628 km; trong đó chảy qua địa phận Đồng Nai khoảng 210km, gồm 90 km phần trung lưu và 120 km vùng hạ lưu.

Theo Sở Tài nguyên và Môi trường Đồng Nai, hàng năm, Sở đều thực hiện quan trắc chất lượng nước mặt sông Đồng Nai tại 19 điểm quan trắc với 23 thông số.

Ngoài ra, từ năm 2012 đến nay, Sở còn theo dõi chất lượng nước mặt thông qua hệ thống quan trắc tự động, liên tục gồm 4 vị trí tại: Xí nghiệp nước Vĩnh An, hợp lưu sông Bé - sông Đồng Nai, Nhà máy nước Thiện Tân và Nhà máy nước Biên Hòa.

Kết quả quan trắc chất lượng nước cho thấy, nhìn chung, chất lượng nước mặt tại hầu hết các khu vực quan trắc đều đạt tiêu chuẩn quy định.

Tuy nhiên, một số thời điểm có phát hiện ô nhiễm cục bộ đối với một vài thông số như: chất rắn lơ lửng, chất hữu cơ hay vi khuẩn.

Hiện nay, trên đoạn sông này có 04 nhà máy khai thác nước: Xí nghiệp nước Vĩnh An, Nhà máy nước Thiện Tân, Trạm bơm nước Hóa An, Nhà máy nước Biên Hòa cung cấp nước sinh hoạt và công nghiệp trên địa bàn tỉnh Đồng Nai, TP.HCM và Bình Dương, chất lượng nước đáp ứng yêu cầu cho sinh hoạt, công nghiệp sau khi thực hiện các biện pháp xử lý thích hợp.

Riêng sông Thị Vải, từ huyện Long Thành, chảy theo hướng Đông - Nam, qua Nhơn Trạch, đến huyện Tân Thành đổi hướng theo hướng Nam đổ ra biển tại vịnh Gành Rái, có tổng chiều dài khoảng 76 km.

Sông Thị Vải đoạn qua tỉnh Đồng Nai được Sở Tài nguyên và Môi trường bố trí quan trắc tại 05 điểm gồm: hợp lưu Rạch Bà Ký - suối Cả - sông Thị Vải, xã Long Thọ, Rạch nước lớn Vedan, Cảng Gò Dầu và Phao số 23.

Ngoài ra, còn chia sẻ thông tin, dữ liệu quan trắc tại 02 điểm phía hạ lưu giáp tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu. Tổng số quan trắc 24 thông số.

Theo Sở Tài nguyên và Môi trường Đồng Nai, kết quả quan trắc nước sông Thị Vải từ năm 2005 đến tháng 8 năm 2008 cho thấy, chất lượng nước không đáp ứng yêu cầu phục vụ mục đích tưới thủy lợi và các mục đích khác, theo QCVN 08:2008, cột B1.

Hiện tượng ô nhiễm xảy ra phổ biến đối với các chất rắn lơ lửng (TSS), chất hữu cơ và chất dinh dưỡng, nhất là oxy hòa tan trong nước có hàm lượng rất thấp với tần suất phát hiện ô nhiễm lần lượt trong các năm 2006, 2007 và 2008 là 25%, 24% và 21%. Kết quả cũng cho thấy càng về phía hạ lưu mức độ ô nhiễm có giảm hơn.

Từ tháng 9-2008 đến nay, theo kết quả quan trắc cho thấy, chất lượng nước sông Thị Vải ngày càng được cải thiện và đạt yêu cầu theo QCVN 08:2008, cột B1.

Từ năm 2011 đến nay, kết quả quan trắc cho thấy, chất lượng nước sông Thị Vải chỉ phát hiện ô nhiễm cục bộ tại một số vị trí vào một số thời điểm đối với thông số hữu cơ, chất dinh dưỡng nhưng nhìn chung chất lượng nước đã được cải thiện nhiều so với các thời điểm trước, so với thời điểm năm 2008 và đạt yêu cầu bảo tồn động vật thủy sinh, theo QCVN 08:2008/BTNMT, cột A2 và đạt yêu cầu theo phân vùng môi trường tiếp nhận nước thải trên địa bàn tỉnh Đồng Nai, theo Quyết định số 16/2010/QĐ-UBND ngày 19-3-2010 của UBND tỉnh Đồng Nai.