研究環境系統規劃、設計、管理方法和手段的技術科學，又稱環境系統分析、環境系統方法、環境系統處理、環境系統科學。它以環境品質的變化規律、污染物對人體和生態的影響、環境工程技術原理和環境經濟學等為依據，並綜合運用系統論、控制論和資訊理論的理論，採用現代管理的數學方法和電子計算技術，對環境問題和防治工程進行系統分析，謀求整體優化解決。
20世紀60年代以後，一些國傢開始進行環境品質的全面管理和綜合防治，並建立瞭全國性和地區性環境境管理機構，開展瞭環境影響評價，以及無污染工藝和閉路循環系統等方面的研究。例如，區域河流的水質管理規劃是環境系統工程中典型的資源最優分配問題。它涉及水體中有限的溶解氧如何合理利用等問題。1963～1965年，美國R.V.托曼等人首創瞭河流和河口的水質最優規劃模式。此後，人們相繼建立瞭50多種水質管理模式。此外，在城市大氣污染的預測及其控制、廢水處理設施的最優化設計等方面也取得瞭不少成果。典型環境系統須進行系統分析的問題見表。
典型環境系統須的系統分析
環境系統分析有環境目標、可選用方案、系統模式、評價標準、選優等五個基本要素。環境系統工程的工作步驟一般是:①系統地提出問題，明確其目標和范圍；②選擇評價系統功能的指標或目標函數；③明確系統的組成因素或提出各種可選用的方案；④建立數學模式或進行數學模擬；⑤分析模式的特點，確定選優的方法，以便使系統最優化；⑥按選定的最優方案建立環境污染控制系統。這些步驟往往需要反復進行。
環境系統工程的主要內容包括環境系統模式化和環境系統最優化兩個方面。環境系統的模式化是研究描述環境系統主要功能的邏輯模式(定性的)和數學模式（定量的）。通過實際資料統計分析所建立的數學模式叫做經驗模式；通過理論分析和參數實驗建立的數學模式叫做理論模式。環境系統是復雜的，所以往往根據實際情況對理論模式進行簡化，並導入經驗公式或數據進行補充。環境系統的主要性質和參數，可以通過實驗模式或計算機模擬來確定。一般環境過程系統的模式包含輸送污染物介質的流動狀態模式和輸送過程中污染產生的變化速率模式。
環境系統的最優化是研究利用數學模式進行最優化分析。它是在一定約束條件下，當評價函數（或目標函數）達到最優時，一系列可調因素變量所得出的最優解，或者是通過明確環境系統各種因素與目標之間的關系，提供出盡可能完整的資料，分析對比各種可選用的方案，以便選擇最優的污染控制方案，最經濟、最有效地改進污染控制系統的功能。