为促进陕西省及黄河流域水资源合理配置、保障区域水资源安全，基于虚拟水理论及中国区域间投入产出表，利用投入-产出模型，计算了典型年2007年、2010年、2012年、2015年和2017年陕西省三次产业用水系数、虚拟水量以及该省与全国其他各省份间的虚拟水贸易量，并运用灰色关联模型探究了影响陕西省虚拟水量变动的主要因素；在此基础上，进一步分析陕西省虚拟水产业间的配置特征，建立陕西省与其他省份的虚拟水贸易网络。结果表明：（1）陕西省第一产业的直接用水系数和完全用水系数均大于第二、第三产业的，但随着时间推移三次产业直接用水系数和完全用水系数都呈减小趋势，说明该省用水效率不断提高。（2）第一、第二产业是陕西省虚拟水供给的主要产业，农业机械总动力、人口、城镇化率、粮食产量、钢铁产量、建筑业总产值等是影响该省第一、第二产业虚拟水供给的主要因素。（3）陕西省70%以上的虚拟水供本省使用，输向外省份主要分布于我国中部、东部沿海及京津冀地区，且以第一产业输出为主；该省虚拟水输入量的90%以上来源于第二、第三产业，主要输入来源为我国华东、华南、华北、东北等经济相对较发达省份。（4）省际虚拟水贸易中，陕西省长期保持净输入状态；与实际水资源拥有量相比，四川、辽宁、吉林等省份与陕西省的虚拟水净贸易不合理。陕西省应通过调整产业结构和优化省际贸易网络，促进虚拟水和实体水的时空匹配程度，这对黄河流域乃至全国水资源合理利用具有重要意义。