Kansallispuistossa on lukematon määrä pienehköjä järviä, lampia ja puroja sekä pieniä soita.

Nuuksion kansallispuistoon kuuluu yli 80 pientä järveä ja lampea. Vesistöt vaihtelevat ruskeavetisistä, nevarantaisista lammista kirkkaisiin, kalliorantaisiin järviin. Tunnetuimpia ovat Haukkalampi, Mustalampi, Nuuksion Pitkäjärvi sekä arvokas lintuvesi, Matalajärvi. Järvet ovat jakaantuneet melko tasaisesti ympäri puistoa.
Matalajärvi on valtakunnalliseen lintuvesiensuojeluohjelmaan kuuluva runsasravinteinen järvi. Nimensä mukaisesti järven syvyys on avovesialueellakin enimmillään vähän yli metrin. Järvi on luontaisesti runsasravinteinen ja lähdevaikutteinen. Matalajärvi on Uudellamaalla ainoita kasvillisuudeltaan ja kasvistoltaan hyvin edustavana ja melko luonnontilaisena säilyneitä luontaisesti runsasravinteisia järviä. Varsinkin muuttoaikoina järvellä riittää nähtävää, esim. kahlaajia ja runsaasti vesilintuja. Syksyisin siellä voi havaita mm. uiveloita.
Nuuksiossa on paljon läpi vuoden virtaavia puroja ja näitä pienempiä noroja, jotka kuivuvat säännöllisesti. Puiston valtasuoni on Nuuksion Pitkäjärveen laskeva Myllypuro, jonka laaksoalue on koko puiston ydinalueita erityisesti luonnon, mutta osin retkeilynkin näkökulmasta. Myllypuroon virtaa vettä muun muassa Parikas-järviltä. Nahkiaispolulta voi tarkkailla Myllypuroa läheltä.
Vesillä ja niiden varsilla elää koko joukko lintuja. Kuikka asustaa vähän suuremmilla järvillä ja kaakkuri pienemmillä järvillä ja lammilla. Kalasääsken voi nähdä kalastavan järvillä, monet sorsalinnut pesivät alueen pienvesissä ja koskikara talvehtii ajoittain suurempien purojen varsilla. Nisäkkäistä voi onnekas kohdata saukon jossain päin puistoa tai ainakin nähdä sen lumijälkiä.
Nuuksion pienvesien vedenlaatu on kohtalaisen hyvä. 1980-luvulla happamoitumisesta kärsineet karut ylänköjärvet ovat elpyneet hyvin. Rehevöityminen on nykyään suurempi uhka. Pesuaineilla peseytymistä ja astioiden pesemistä vesistöissä tulee välttää.