根據理論研究， 海綿城市可以帶來一系列雨水利用方面的收益，包括滲濾補充地下水、 過濾和清潔徑流、減少徑流而減少給城市排水管網帶來的壓力因此而節省的維護費用、 以及因為減少對城市防洪設施的改造費用、 物業升值等， 一般是可以帶來高於成本的運營收益的。 根據研究計算， 建設海綿城市低影響開發雨水系統的綜合經濟收益在 33 元立方米， 具體說來： 補充地下水所帶來的收益非常明顯，根據美國森林協會研究，“ 每立方英尺的雨水收集將帶來 2 美元的長期經濟效益（包括長期生態效益）”，在中國雨水收益以徑流減少量和城市水價或解決城市水資源短缺的單位投資額來計算。

海綿城市雨水系統可截留過濾徑流，極大的緩解徑流汙染，根據全球通用“ 環境投入產出比 1:1-1.5”計算出因為消除汙染而減少的社會損失所折算成的經濟效益。

根據研究，因為減少徑流而因此減少對市政管網的排放壓力從而節約的維護費用，可按照每立方米排水的管網執行費用 0.08元得到。 此外，減少的雨水排放量可有效減少對於城市防洪設施改造而投資，如減少關於河道整治、 拓寬等費用。

歐美等國家的案例研究表明海綿城市建設不僅能夠最大限度地節約水資源、節省建設及後期維護成本，還能降低二氧化碳、氮氧化物等的排放，改善居民生活環境等。

如美國費城的成功案例的分析研究顯示，在 40年的時間裡，採用綠色基礎設施的混合下水道溢流系統比其採用傳統基礎設施多節省燃料用量 64 萬加侖，約 3100萬美元。在空氣汙染方面，其能夠減少二氧化硫、二氧化碳、氮氧化物等排放共100 萬公噸，相比之下，傳統方式則會增加排放量共 670萬公噸。