Hosszú időn keresztül Róma lakosságát a városban és annak környékén levő források és kutak látták el vízzel. A lakosság számának növekedésével egyenes arányban nőtt a víz iránti szükséglet, s mivel a források és kutak nem voltak képesek elegendő vizet adni, a rómaiak mesterséges megoldásokra törekedtek. A Róma vízellátását biztosító vízvezeték-hálózat összesen 260 mérföld, azaz 416 kilométer hosszú volt. Ebből mindössze 29 mérföldnyi (47 kilométer) épült a föld felett, a „maradék” a földfelszín alatt fut. Ez naponta több mint egymillió m3 vizet szállított. A bő vízellátásnak köszönhetően a városban számos szökőkút és megszámlálhatatlan közkút díszítette Róma utcáit. A vízvezetékek szélessége nagyjából szabványosított, 1,7 méter. Működésüket egyedül a gravitáció biztosította. A földalatti csatornákban a nyomás tolta a vizet a városba, ott pedig kutak segítségével hozták fel a felszínre. A megépítése mellett a vízvezetékek karbantartására is ügyelniük kellett, s ehhez sem kis mérnöki tudásra volt szükség. A legkiválóbb ivóvizet forrásokból nyerték, s szűrésükre még külön iszapfogókat is építettek. Kevésbé jó volt a folyókból, s még kevésbé a tavakból nyert víz. A vízvezeték maga hol földalatti, hol föld felszíni, hol pedig magas pilléreken nyugvó árkádokon futott. Építészeti megoldásaiban nagyban alkalmazkodtak a terepviszonyokhoz. Azt mindenekelőtt szem előtt tartva, hogy a megfelelő víznyomást biztosítsák, hol árkokban vagy alagutakban a föld alatt, hol a völgyeken átívelő magas völgyhídon, hol alacsonyan épített nyomócsöveken (siphon), hol pedig föld feletti magas építményeken, falak vagy árkádok, néha több emeletes árkádok tetején vezették a vizet. A föld alatti vezetékek részben a szennyeződéstől, részben az időjárástól, részben az ellenségtől óvta a vezetéket. Gondosan ügyeltek arra, hogy a víznyomás megfelelő legyen, ezért meghatározták a vezeték lejtési szögét, s szellőzőkkel, kiegyenlítő nyílásokkal látták el, hogy a vízzel együtt áramló levegő nehogy összenyomódjon és felrobbantsa a rendszert.
Az alépítmények általában tufából vagy égetett téglából készültek. A víz a vezetékben kezdetben csupán betonnal vízzáróvá tett, nyitott csőben, később fa, agyag vagy ólom csövekben (fistulae, tubi) vezették, noha az ólmot már Augustus korában sem tartották egészségesnek. A római víz kemény. Ezért a vezetékeket nemcsak a víz homokos és egyéb szennyeződéstől, hanem a lerakódó ásványi sóktól, vízkőtől is tisztítani kellett.
A városba érkező vezetékeket egy vízgyűjtőhöz (castellum), vagy víztoronyhoz vezették, ami a város magasabb pontján feküdt. Ebből a tározóból három egymás fölött haladó csövön három kisebb elosztó medencébe folyt a víz, ezek alapján látták el a közösségi vízvételi helyeket (castella publica), majd az utcákat, házakat ellátó rendszer víztározóiba (castella privata) vezették, ahonnan magukban a házakban is gyűjtőmedencékben (castella domestica, cisterna) tárolták a vizet. A gyűjtő-elosztó medencék egyszersmind a víznyomás kiegyenlítésére is szolgáltak. A rendszer több pontján alkalmaztak ülepítő medencéket is, amik a vizet mechanikai módszerekkel szűrték, tisztították.
A víz a lakossághoz vagy közkutakból, vagy közvetlenül a lakóházakba vezetve jutott el. A lakóházak vízvezetéke szabványosított átfolyó csatlakozócsövekkel kapcsolódott a vezetékekhez, így a napi 420 liternyi vízzel meghatározták az átlagos fogyasztást. A vízellátás Augustus uralkodását kivéve a magánházak esetén nem volt ingyenes. Az insulák emeleteire már nem volt elég nyomás, hogy feljuttassák a vizet, ezért vagy a lakók cipelték fel az utcai kutakból, vagy vízhordók (aquarii) vitték fel. Az aquariusok rabszolgák vagy felszabadítottak (libertini) voltak. A közkutak gyakran maguk is márványból készültek, s általános szokás volt őket márvány vagy bronz szobrokkal díszíteni.
A vízvezetékek karbantartásáért a curator aquarum volt a felelős, akik évszázadokon keresztül gondoskodtak megfelelő számú karbantartó személyzetről, akik közül a tanult vízvezeték szerelők sem hiányoztak. Hogy az állami terheket csökkentsék, azokat a földbirtokosokat, akiknek a földjén az aquaeductus keresztülhaladt, arra kötelezték, hogy a vízvezetéket megtisztítsák és karbantartsák, amiért a vizet a vízvezetékből közvetlenül saját földjükre vezethették. A vízvezeték beszennyezése már a köztársaság korában is jelentős pénzbüntetést vont maga után.
Nemcsak a karbantartást, de a vízhasználatot is hatósági előírások szabályozták. Az állami vezetékekből való vízelvezetés, és annak mértéke is engedélyhez volt kötve. Nem csak a kivehető víz mennyiségét, de vízvétel idejét is megszabták. A visszaélések azonban napirenden voltak. Részben megfúrták a vezetéket, és ingyen használták a vizet, részben az elsőrendű ivóvizet egyéb célra fordították. Ezért, különösen az elsőrendű ivóvíz, az aqua Marcia vizére fokozottan ügyeltek.
A csatornázás
Rómában tetemes mennyiségű szennyvíz is keletkezett. Ezt egy gondosan megtervezett és csatornahálózat segítségével vezették el. A szennyvíz a közeli folyókba, illetve a tengerbe folyt. A csatornahálózat gerincvezetéke egy hatalmas, kikövezett, boltozatos folyosó volt, amelynek méretei olykor az embermagasságot is meghaladták, s néhol még kocsival is be lehetett hajtani. Ezen a későbbi szakaszon a csatorna 4.20 méter magas, és 3.20 méter széles. A gerincvezetékekbe alvezetékek vezették be a lakóházak, a nyilvános illemhelyek, a fürdők szennyvizét, és az esővizet. Ez a hálózat szellőzőnyílásokkal és kivezető csatornákkal volt kiépítve.
A római főcsatorna, a Cloaca Maxima volt az első ilyen jellegű csatorna, aminek építését a hagyomány Servius Tullius nevéhez fűzi. A tufából épült, dongaboltozatos Cloaca későbbi szakaszait nemesebb anyagokból, égetett téglából készítették. Az eredeti csatorna csak a későbbi Forum mocsaras-ingoványos területének lecsapolására szolgált. Legrégibb szakasza is innen került elő, a basilica Aemilia alatti, capellaccio építmény. A teljes csatornahálózat megépítése azonban hosszú időt vett igénybe, s befejezése már a köztársaság korára esik. A csatorna az Argiletumnál kezdődik, ahol összegyűjti a Viminalis, Esquilinus és Quirinalis szennyvizét, majd a Forum Magnumon és a Velabrumon keresztül a Tiberisbe ömlik.
A hatalmas építményt évszázadokon át gondosan karbantartották, tatarozták, bővítették. Traianus jelentősen kiszélesítette oly módon, hogy egyes szakaszain állítólag egy megrakott szénásszekér is elfért benne. A Cloaca Maxima számos római építményhez hasonlóan ma is használható állapotban van.