中國西北地區，包括新疆、甘肅、青海、阿拉善高原一帶等地區，是中國最幹旱的地區。西北地區的面積占據全國面積的三分之一，這裏屬於溫帶大陸性氣候，沙漠戈壁廣布，降雨量稀少，絕大部分地區的降水量在200毫米以下。而西北地區的地表水量大約是2200億立方米/年，僅占全國總徑流量的8%左右。
可是歷史上的西北地區並非如同現在一樣幹旱。在兩漢時期，西北降水量要遠遠大於現在。根據《中國歷史地理》的資料顯示，在2000至300年前新冰期時，西域地區的氣候呈現濕冷狀態，降水量多、河水流量大，使得當時的西域出現了30多個小國。現在的許多沙漠地區，當時都被稱為：“沮澤”、“澤鹵”，《漢書·烏孫傳》稱當地“地莽平，多雨，寒”。
當時西域有一個非常有名的國家，名為樓蘭，位於塔裏木河註入羅布泊之處，擁有天然的綠洲。《漢書》記載樓蘭國“戶千五百七十，口萬四千百，勝兵二千九百十二人”，也就是該國的人口有14000多人。可是隨著氣候逐漸幹旱，羅布泊逐漸消失了，樓蘭古城也只剩下了廢墟。
河西走廊，曾經是水土豐美之地。歷史上的祁連山森林密布，但是在唐宋遭到了大規模的破壞，森林變成了沙漠。從祁連山一帶發源的黑河，原本是一條大河，該河流在阿拉善一帶註入居延澤，居延澤曾經的水面達800平方公裏，但現在僅有8平方公裏。有相關證據表面，歷史上的黑河在灌滿了居延澤後，又繼續向東，沿著戈壁灘一線繼續東進，最終註入了黑龍江。
因為漢代西北的氣候相對濕潤，也使得西北成為了漢代經濟的重心。根據司馬遷《史記》的記載：“故關中之地，於天下三分之一，而人眾不過什三；然量其富，什居其六。”然而從唐朝之後，西北氣候急劇惡化，關中地區已經不適合定都。
為什麼西北的氣候會越來越幹旱呢？一個重要的原因就是人類在西北的開發，導致這裏的植被被破壞。植被破壞後，導致水土流失，土地無法涵養水源，最終導致水資源缺乏。
不過，人類的破壞只是加速了西北的幹旱速度，就算沒有人類的幹預，西北的氣候也是不斷走向幹旱的。西北的氣候在上古時期之所以比較濕潤，這得益於冰川時代的遺留。在1萬年前，地球北半球還處於冰川時代，北亞、青藏高原、西域等地區都覆蓋著冰川。這些冰川就是西北的主要水源。
1萬年前，地球氣溫升高，冰川開始大規模地融化。當時的亞歐大陸普遍出現了大洪水，中國就有女媧補天的傳說。西北的冰川融化後，並沒有向其他地區一樣匯入河流、流向大海，而是匯集到了塔裏木盆地、準噶爾盆地和柴達木盆地等，形成了巨星的高原湖泊。現在的柴達木盆地有大量的鹽礦，這些鹽礦就是古代內流湖沈積下來的。
湖泊的大量存在，為西北提供了大量的水源。這些湖泊的水蒸發之後，又不斷形成降水，使得西北的氣候也十分的濕潤。但是西北的氣候系統也不是完全封閉的，該地區的湖泊蒸發的水汽只有一部分在當地變成了降雨，回到了當地，而還有很大一部分被西北風等吹到了其他地方。經過幾千年的不斷損耗，西北的湖泊就不斷萎縮，蒸發量不斷減少，降雨量也不斷下降，氣候自然變得越來越幹燥。
根據考察，上古時期西北和北方河流的徑流量是遠大於現在，那時候的北方河流可以進行水運，如今北方水運幾乎已經沒有了。而長江各上遊源頭的水量也比漢朝時期萎縮了一半以上。現在的青海湖比1萬年前萎縮了三分之一，水面高度下降了100米。可見，西北的氣候是一個不斷幹燥化的過程，如今，西北地區已經形成了塔克拉瑪幹沙漠、巴丹吉林沙漠等大型的沙漠。如果按照這個趨勢發展下去，西北的環境和經濟都會持續惡化。
改革開放後，中國非常重視環境的保護，開始在西北地區推行大規模的植被恢復運動。通過幾十年的植樹造林，新疆的森林覆蓋率也達到了5%。植樹造林也帶來了一些效果，例如新疆的降水量達到了建國以來的最高水平。然而，植樹造林，只能是緩解西北的幹旱局面，無法從根本上遏制西北變幹的發展趨勢。
要想徹底改變西北的幹燥趨勢，那就是給西北提供水源，讓西北原來的各大湖泊陸續恢復，進而加速植被的恢復，提高降雨量，最終達到了一種良性循環。目前來看，距離新疆最近的水源只有青藏高原。
在西藏南段，有一條很大的河流，名為雅魯藏布江，它的接受了許多印度洋來的水汽，徑流量很大。但是這條河的水量卻大部分流向了印度、孟加拉國。到了夏季，印度和孟加拉國洪水泛濫，而這時候的雅魯藏布江也達到了水量的高峰期，這些水白白流入印度，加重了印度的洪澇，也造成了水資源的浪費。而西北地區在夏季卻是最缺水的時候。
如果我們采取管道運輸的方式，將雅魯藏布江的水運輸到西北，既能夠為西北提供水源，還能夠減少印度、孟加拉國的洪澇災害，這是一舉兩得。因此，從長遠來看，藏水北調計劃是利國利民，勢在必行的了。