คุณภาพน้ำในแม่น้ำป่าสักและลำน้ำสาขา มีค่าดรรชนีคุณภาพน้ำในฤดูแล้งและฤดูฝน แตกต่างกัน โดยค่าดรรชนีคุณภาพน้ำส่วนใหญ่อยู่ในเกณฑ์มาตรฐานคุณภาพน้ำผิวดิน และ เกณฑ์คุณภาพน้ำเพื่อการคุ้มครองทรัพยากรสัตว์น้ำจืด ดรรชนีคุณภาพน้ำที่มีค่าเกินมาตรฐาน ได้แก่ ค่าความนำไฟฟ้า ฟอสเฟต แอมโมเนียไนโตรเจน ของแข็งแขวนลอย สารเคมีกำจัดศัตรูพืช โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เอนดริน และโลหะหนัก เช่น ปรอท แคดเมียม และเหล็ก การเปรียบเทียบคุณภาพน้ำเขื่อนป่าสักชลสิทธิ์ในระยะก่อนสร้างและหลังสร้าง พบว่า ดรรชนีคุณภาพน้ำมีความแตกต่างกัน ได้แก่ อุณหภูมิของน้ำ pH ความโปร่งแสง ความนำไฟฟ้า ไนเตรท ฟอสเฟต ออกซิเจนละลายน้ำ บีโอดี ของแข็งแขวนลอย สารเคมีกำจัดศัตรูพืชและโลหะ หนัก การเปลี่ยนแปลงด้านคุณภาพน้ำภายหลังจากการสร้างเขื่อนป่าสักชลสิทธิ์ อาจเกิดจาก ปริมาณตะกอนที่เพิ่มมากขึ้น การเปลี่ยนแปลงของสภาพนิเวศวิทยาทางน้ำและการประมง โดยปริมาณแพลงก์ตอนจะเพิ่มขึ้นหลังการเก็บกักน้ำ แต่ปริมาณสัตว์หน้าดินจะลดลงจากระยะ ก่อนการกักเก็บน้ำและจะเพิ่มสูงขึ้น ผลผลิตของปลาจะมีปริมาณเพิ่มขึ้นเนื่องจากอาหารของ ปลา คือแพลงก์ตอนและสัตว์หน้าดินเพิ่มขึ้น และผลกระทบที่เกิดจากพันธุ์ไม้น้ำ คือปริมาณ พันธุ์ไม้น้ำประเภทโผล่พ้นน้ำ ประเภทอยู่ใต้น้ำและประเภทชายน้ำจะลดลงแต่พันธุ์ไม้น้ำ ประเภทลอยน้ำจะเพิ่มมากขึ้น นอกจากนี้ปริมาณธาตุอาหาร เช่น ฟอสเฟตและไนเตรท ที่เกิด จากกิจกรรมทางเกษตรอาจทำให้การแพร่ระบาดของพันธุ์ไม้น้ำในอ่างเก็บน้ำเร็วยิ่งขึ้น