Der Ruhr kommt in ihrer Doppelfunktion als Trinkwasserfluss und Abwasservorfluter eine besondere Bedeutung zu. Ihre Untersuchung ist zur Beschreibung der Gewässergüte und der Wasserbeschaffenheit sowie zur immissionsseitigen Erfolgskontrolle von wasserwirtschaftlichen Maßnahmen wichtig. Hierbei ergänzen sich chemisch-analytische Daten zur Wasserbeschaffenheit (die vornehmlich die Situation zum Zeitpunkt der Probenahme beschreiben) und die biologische Beurteilung anhand der im Wasser lebenden Organismen (die einen mehr zeitlich integralen Charakter hat) in hervorragender Weise.

Bei der Gewässerüberwachung erfassen verschiedene Messprogramme sowohl zeitliche als auch örtliche Veränderungen der Wasserqualität. Seit den 1920er-Jahren erfolgen zeitlich dichte Probenahmen in Essen-Rellinghausen ("Zornige Ameise") als Referenzmessstelle. Darüber hinaus werden jährlich mehrere Ruhrlängsuntersuchungen an bis zu 31 Probenahmestellen sowie (in unterschiedlichen Zeitabständen) an den Nebenflüssen vorgenommen. Hydrobiologische Bestandsaufnahmen der aquatischen Lebensgemeinschaften in der Ruhr und ihren Nebenflüssen, ergänzt durch physikalisch-chemische Analysedaten, bilden die Grundlage der Gewässerzustandskarte des Einzugsgebiets.

Mehrere Überwachungsstationen entlang der Ruhr dienen dazu, Gewässerverunreinigungen möglichst zeitnah erfassen zu können und gegebenenfalls unterhalb liegende Trinkwasserwerke zu warnen. Je nach Art und Ausmaß der Verunreinigung werden eventuell Gegenmaßnahmen eingeleitet. Außerdem kann das Labor die Situation messtechnisch begleiten (unter anderem durch entnommene Rückstellproben), um Ursachen und Verursacher zu ermitteln.

Zur Gewässerüberwachung gehört auch die regelmäßige Überwachung der Talsperren im Einzugsgebiet. Hier geht es um die Nährstoffeinträge und die durch sie hervorgerufene Eutrophierung, also die nährstoffbedingte Intensivierung des Algenwachstums. Außerdem untersucht das Ruhrverbandslabor im Rahmen der Gewässerüberwachung auch Grundwässer im Bereich von Klärschlammdeponien sowie Deponiesickerwässer, um sicherzustellen, dass keine Gefährdungen von diesen Anlagen ausgehen.