Le concept d’eau virtuelle associe à quelques biens de consommation ou intermédiaires la quantité d’eau nécessaire à leur fabrication. Il est associé au concept d'empreinte eau.
Ce concept donne également, quand il s’agit de besoins d’eau pure qui ne sera pas réutilisable ensuite sans traitement, un minorant de la quantité d’énergie nécessaire pour les produire, puisqu’en régime permanent cette eau pure ne peut provenir que d’un processus d’évaporation dont on connait la consommation en énergie.
Le concept d'eau virtuelle semble être l'analogue pour l'eau du concept d'énergie grise pour l'énergie.
Le concept souffre d'une méthodologie très fragile qui repose énormément sur les hypothèses moyennes de production retenues pour chaque produit, et surtout sur le risque de multiples comptabilisations de l'utilisation de l'eau à chaque étape de la production. Par exemple, dire qu'un hamburger consomme d'eau virtuelle intègre déjà l'eau virtuelle utilisée pour la viande, le pain, la sauce, les légumes, etc
C'est donc davantage une statistique militante destinée à mobiliser l'opinion qu'un outil statistique solide.
Daniel Zimmer, directeur du Conseil mondial de l’eau et intervenant à la session du forum intitulée « Échanges et géopolitique de l’eau virtuelle », au Forum mondial de l’eau de 2003 à Kyōto affirme :
D’après le Conseil mondial de l'eau, la quantité d'eau nécessaire pour produire divers types de nourriture varie considérablement selon le type de production :
L'eau virtuelle joue un rôle dans les échanges entre pays, notamment les échanges de produits agricoles. En effet, un pays dont les ressources d'eau sont faibles n'a pas intérêt à exporter des produits, par exemple des fruits ou de la viande, dont la production requiert une grande quantité d'eau. Des pays comme la Jordanie et Israël orientent certaines de leurs exportations en fonction de l'eau consommée. Le Conseil mondial de l'eau tente d'évaluer les flux mondiaux d'eau virtuelle. D'après les calculs de Hoekstra et al.