7月，在北方雨季的第一个月，北京就经历了20多次降雨过程，但夏季的强降雨与全年干旱少雨并不矛盾。从历史记录来看，北京在一年中的大部分时间干旱少雨，这个人均水资源占有量只有不足300立方米的缺水城市，任何新增的用水需求都可能成为压倒骆驼的“最后一根稻草”。鸟巢周边百余株常绿乔木、数千株落叶乔木和灌木、近8万平方米的草坪，如何既为这些绿色植物“解渴”，又兼顾水资源紧张呢？最终鸟巢的设计师选择用雨洪综合利用系统解决了这一难题。
在鸟巢里，夏季的雨水被更有效的利用。整个地下雨洪综合利用系统的面积相当于6个足球场，在22公顷的范围内共分布着近千个雨水收集点。下雨时，雨水通过这些收集点进入地下蓄水池，实现雨水收集。处理后的雨水共有场馆内外的绿化灌溉、厕所冲洗、空调冷却、汽车清洗、场地灌溉、跑道冲洗等9类用途。
这套系统的核心技术由通用电气(GE)水处理及工艺过程处理集团提供。该集团大中华区总裁周威方说：“鸟巢雨洪综合利用系统所采用的技术凝聚了当前全球水处理科技领域的至高成就，代表着未来的发展趋势。雨水回用仅仅是实现绿色奥运的一个起点，从这个意义上说，绿色奥运为绿色中国树立了一个典范，也给出了一个标杆。”
据GE公司介绍，整个系统运行由雨水收集和雨水处理两部分组成，雨水收集由分布在体育场周围的雨水收集点和收集管网收集至如图B、C、D、E、F五个蓄水池，进行初期沉淀、弃流后，优质雨水被提升至A蓄水池，然后由A蓄水池进入雨水处理系统进行雨水处理，处理后的产品水再被收集到合用水池，通过各回用系统传送至各用水点。在非雨季时，将由市政优质中水为该系统进行供水。
除了场馆周围以及场内草坪，鸟巢的上方和基座上也都有雨水收集点。但由于鸟巢的表面是马鞍形曲面，所以水不会往一个方向流，如果靠雨水自身的重力排水，就需要在体育馆四周安装无数排水管，这不仅会破坏鸟巢整体的美感，排水管的重量也会给结构带来影响。为此，设计师特别在鸟巢的两层膜中间又建造了虹吸排水系统。鸟巢的上层遮雨膜和下面的遮阳膜中间有13米的空间，这里藏了120个水箱，雨水先通过遮雨膜上的虹吸管被引导到水箱中，再排入下面的污水处理系统，大大减少了管子的数量。而且由于下层的遮阳膜只有30%的透光率，观众看不到这120个大水箱。
所有收集到的雨水最终被汇集到鸟巢地下的水处理系统中，经过三层过滤后，污水变成优质中水，实现回用。GE公司水处理集团中国区水处理设备销售总经理吴大伟介绍：“整套系统的设计日净产水量为2000立方米，年回收利用总量约6.7万立方米。遍布于场馆及周边绿地的收集引流系统可以将雨水汇集至6个地下蓄水池中，其最大储水能力高达12000立方米。”
目前北京年平均降水量为630毫米，由此估算，鸟巢蓄水池每年可以填满16次。经净化处理后的“雨水”水质远高于国内中水回用标准。体育场内70%的供水由回用水代替，其中23%来自系统处理后的雨水。
但是回收后的水资源能否实现真正的“高效回用”，关键在于净化。鸟巢的雨洪利用系统核心技术是过滤技术，由砂滤、超滤和GE的纳滤膜三大部分组成。经过初期弃流过的优质雨水从A池通过加压泵进入砂滤，进行过滤以去除水中的悬浮物，达到超滤进水的要求，一部分作为砂滤的反洗用水，其余水量通过超滤加压泵、自清洗过滤器进入超滤系统。超滤系统的主要功能是去除水中的细菌、胶体和大分子有机物质，达到纳滤的进水指标。出水也是一部分供自身反洗使用，其余的水进入纳滤系统，经过纳滤系统处理后的产品水被收集至合用水池、消防水池和回用水池，通过各回用系统的回用泵回用至各用水点。
中央控制机房是雨洪综合利用系统的核心，对雨水收集、弃流、处理及供水等各个环节的全自动运行进行控制。在机房中可以通过Led虚拟即时显示并监控系统的运行，这里同时也是水样采集和数据分析的科研中心。
国家体育场雨洪利用项目总设计师，中国建筑设计研究院建筑节能与新能源工程中心副总工程师刘鹏表示：“率先采用领先环保科技的‘鸟巢’，既凸显出积极贯彻实施‘绿色奥运’理念的种种努力，也展示了北京奥运所秉承的追求‘人与自然协调发展’的生态文明观。”