Le régime hydrologique est de type pluvio-nival : les débits des cours d’eau sont essentiellement alimentés par les précipitations et la fonte des neiges. On distingue deux périodes :

• les hautes eaux à la fonte des neiges (mai - juin) résultant du stockage sous forme de neige, des précipitations de décembre à mars,
• les basses eaux à la fin de l'été (septembre - octobre) et en hiver (janvier - février).

Débits moyens mensuels mesurés à Lourdes sur 88 ans (source : Banque Hydro)

L'hydrologie du bassin est également caractérisée par :

• un régime normal modifié par des aménagements hydroélectriques en tête de bassin
• des crues violentes au mois d'octobre (pluies chaudes et orageuses, fonte des premières neiges de septembre)
• des crues dévastatrices (1875, 1937 et 1982) avec d'importants dégâts (habitations inondées et ouvrages détruits).

Le débit moyen mensuel du Gave de Pau, calculée sur 88 ans à Lourdes, est de 44,6 m³/s sur l’année, avec une valeur minimum en septembre de 27 m³/s et une valeur maximum en juin de 91 m³/s.

Les étiages les plus sévères enregistrés ont eu lieu entre 1990 et 1992 (débit <10 m³/s en septembre à Lourdes).

En Vallées des Gaves, les crues sont de deux types. D’une part, les crues torrentielles soudaines et violentes dues à la configuration topographique et à la pluviométrie mettent en péril d’abord les populations les plus vulnérables, dans les campings en bord de cours d’eau, mais aussi certaines habitations permanentes. D’autre part, les crues de plaine à large débordement, moins brutales, mais qui peuvent également avoir des conséquences importantes sur les personnes et sur les biens. La ville de Lourdes qui draine un nombre considérable de visiteurs en saison estivale est particulièrement vulnérable vis à vis de débordements du Gave de Pau mettant en péril ses activités riveraines d’accueil et surtout d’hôtellerie.

Les crues historiques qui ont marquées le territoire ont toutes été mesurées au Pont de Tilhos (Argelès-Gazost) :

• 8 nov. 1982 : 560 m³/s (crue centennale de référence)
• 3 fév. 1952 : 500 m³/s
• 26 oct. 1937 : 600 m³/s et de 700 à 900 m³/s au Pont Neuf
  (crue historique de référence)
• 3 et 5 juillet 1897 : 600 m³/s
• 11 juin 1885 : 560 m³/s.

Les derniers événements ayant affecté le Gave remontent à octobre 2005 sur le secteur de Saligos et Sassis (crue trentenale), à Soulom (Gave de Cauterets), de Beaucens à Argelès-Gazost sur le Gave de Pau (crue vingtennale), à Agos-Vidalos, Lourdes et Peyrouse (crues décennales) avec un débit de pointe de 320 m³/s à Rieulhès.