河川環境
流況については、現在、水系内において継続的な流量観測が行われていないため不明であるが、これまでに大きな渇水被害は確認されていない。なお、農地を通じ流入している大井川用水により水量は比較的豊富であるものの、流水には大井川水系の地質に起因した白濁も見られる。
湯日川の環境基準点は岩留橋で、生活環境の保全に関する環境基準が「河川Ｂ」、水生生物の保全に係る水質環境基準が「生物Ｂ」に指定されている。公共用水域水質調査結果（平成23～27 年）では、測定されている水質項目について、環境基準に定められた値を全て満足している。また、上流部の島田市の台地の多くは茶畑として利用されており、効果的な肥培管理による施肥量の削減、防除体系の見直しによる薬液防除の削減に取り組んでいる。
流域の公共下水道の整備は吉田町のみで行われ、島田市は合併処理浄化槽による処理が主体であり、汚水処理普及率（平成28年度末）は吉田町74.8％、島田市58.5％となっている。
流域の自然環境については、富士山静岡空港の整備に先立ち、流域において魚類、鳥類、両生類、爬虫類、哺乳類などの調査が行われている。感潮区間である河口部では、湯日川親水公園につながるクリークが形成され水際にヨシ等の抽水植物群落がみられる。河岸には水際に捨石などによる空隙があり、灌木なども見られる。魚類では、ハゼ類やボラ等汽水魚に加え、アユ等の回遊魚も多く遡上し、これらを捕食するサギ類が多く見られる。河口付近や沿岸部では、ウナギの稚魚であるシラスウナギ漁が盛んである。中流には、堰の湛水区間が連続しており、淵として緩やかな流れを好むギンブナなどの生息場となっている。湛水域以外では澪筋は緩やかな蛇行を繰り返し、瀬・淵が形成されており、瀬を産卵場とするオイカワや、アユ等の回遊魚が確認されている。水際にツルヨシなど抽水植物があり、ミナミメダカ（静岡県レッドリスト, 絶滅危惧ⅠA類(CR）)などの貴重な生息場となっている。堤防部の護岸は目立つことなく、植物に覆われており、ススキ群落などは、カヤネズミ（静岡県レッドリスト, 準絶滅危惧（NT））の生息場となっている。上流部は両岸が護岸の単調な流れとなり、河川内の多くはツルヨシに覆われている。タカハヤ等の純淡水魚やヨシノボリ類が生息しており、ゲンジボタルが確認されている。