Trwające kilka wieków i prowadzone nadal prace regulacyjne spowodowały przyrodniczą degradację większości naszych cieków, zarówno tych największych, jak i najmniejszych. Pogłębienie i wyprostowanie koryta, umacnianie brzegów, odcięcie cieku od doliny za pomocą wałów przeciwpowodziowych, to procesy wysoce destrukcyjne zarówno dla przyrody samej rzeki, jak i jej doliny.
Każdy ciek wodny jest układem dynamicznym; pozostawiony samemu sobie, bez ingerencji człowieka, ulega spontanicznemu unaturalnieniu. Procesy renaturyzacji koryta rzeki czy strumienia uruchamiają się stosunkowo szybko. Już po kilku latach od zaprzestania tzw. remontów rzeki obserwować można powolne wypłycanie koryta, zarastanie brzegów, początki procesów ich podmywania prowadzące do meandryzacji. Tempo tych zjawisk zależy od charakteru cieku, a przede wszystkim od stopnia i trwałości jego przekształcenia. Rzeki postrzegane dziś jako naturalne, np. Drawa i Korytnica na Pojezierzu Pomorskim czy Pliszka i Ilanka na Ziemi Lubuskiej jeszcze niespełna 100 lat temu były intensywnie wykorzystywane gospodarczo. Drawą spławiano drewno i pływano po niej barkami, na Korytnicy, Pliszce i Ilance funkcjonowało po kilkanaście młynów. Dziś, po upływie stosunkowo niewielkiego okresu od zaprzestania działalności człowieka, cieki te mają charakter zbliżony do naturalnego, a w ich korytach zachodzą typowe procesy spontanicznie kształtujące brzegi i tworzące warunki do funkcjonowania zróżnicowanych, charakterystycznych zbiorowisk roślinnych i zespołów fauny.
Całkowita renaturyzacja dotyczy cieków niewielkich, płynących przez tereny ekstensywnie zagospodarowane lub wyłączone z użytkowania gospodarczego. W przypadku rzek większych jest to możliwe jedynie na odcinkach objętych ochroną w formie parków narodowych czy rezerwatów, gdzie zachowanie lub odtworzenie naturalnego charakteru cieku ma priorytet przed jego gospodarczym wykorzystaniem. Na innych obszarach renaturyzacja cieku jest przeważnie kompromisem pomiędzy potrzebami ochrony przyrody a wymogami żeglugi, ochrony przeciwpowodziowej, rolnictwa czy leśnictwa.
Próby technicznej renaturyzacji, obejmujące sztuczne kształtowanie zmeandryzowanego koryta, prowadzone były w Polsce na niewielką skalę, na odcinkach zaledwie kilkuset metrów biegu niewielkich cieków. Koszt tego typu przedsięwzięć w stosunku do efektów jest bardzo duży, dlatego znacznie pożyteczniejsze i godne polecenia wydają się działania wykorzystujące spontaniczne siły przyrody - wspieranie i przyspieszanie naturalnych procesów zachodzących w korytach i dolinach.
Podstawowym warunkiem rozpoczęcia procesu deregulacji koryta rzecznego i renaturyzacji doliny jest oczywiście zaprzestanie wszelkich działań regulacyjnych.
Skutecznym i tanim sposobem deregulacji koryt niewielkich cieków wodnych jest tworzenie przeszkód poprzez ścinanie lub jeszcze lepiej przewracanie do koryta rosnących nad brzegiem drzew. Takie półnaturalne przeszkody spowalniają odpływ wody, nieznacznie podnosząc też jej poziom, a poprzez kierowanie prądu pod jeden z brzegów powodują jego szybsze podmywanie i przyspieszają meandryzację cieku. Przewrócenie do koryta na odcinku 2-3 km kilkudziesięciu drzew trwale podnosi poziom wody cieku o co najmniej 20 - 30 cm, a w perspektywie prowadzi do wypłycenia dna i renaturyzacji środowisk w dolinie.
Praktyczne działania renaturyzacyjne, których celem była ochrona tarlisk endemicznej odmiany troci jeziorowej, w połowie lat 90. przeprowadzono w górnym biegu dwóch rzek: Wdy i Trzebiochy na Pomorzu Gdańskim. Polegały one na usuwaniu płotków faszynowych wzdłuż cieków oraz tworzeniu zapór w postaci zwalonych do wody i ugałęzionych pni drzew.
Czasami działalność taką prowadzą spontanicznie bobry. Ich wpływ na ekosystemy opisano szerzej w kolejnym rozdziale. Procesy renaturyzacji do rowów melioracyjnych i kanałów, może zapoczątkować już odpowiedni, przyjazny przyrodzie, sposób czyszczenia z namułów i zarastającej je roślinności. Proces ten można wspomóc zsuwając co około 30 m naprzemianlegle płaty ziemi z brzegów do rowu. Ten prosty zabieg pociąga za sobą wymuszenie powstania falistej linii nurtu, urozmaicenie brzegów (odcinki o różnym nachyleniu), mozaikowy rozwój roślinności ziemnowodnej, co dalej stymuluje proces meandryzacji.
Renaturayzacja dużych rzek to także dopuszczenie do wytworzenia się w nurcie płycizn, łach i wysp, a także płaskich fragmentów brzegu, istotnych dla funkcjonowania wielu związanych z doliną zbiorowisk roślinnych i grup zwierząt, szczególnie ptaków. Postulat taki kolidować może z potrzebą zapewnienia żeglowności cieku, jednak przynajmniej na niektórych odcinkach odpowiednie poprowadzenie i oznakowanie toru wodnego, z zachowaniem pełnego przyrodniczego zróżnicowania koryta rzeki, wydaje się możliwe.
Istotną przyczyną degradacji wielu cieków i ich dolin jest nadmierne pogłębienie dna, często prowadzące do przebicia izolacyjnych warstw podłoża i ucieczki wody do warstw podziemnych. Proste metody zapobiegania erozji wgłębnej budowę progów dennych i bystrotoków omówiono wyżej. Znaczne podniesienie poziomu dna cieku poprzez spowolnienie nurtu i osadzanie niesionego przez wodę materiału uzyskać można poprzez budowę różnego rodzaju progów wodnych, drewnianych bądź kamiennych. Niewielkie progi kamienne, piętrzące wodę o nie więcej niż 0,5 m, wprowadzać można zamiast trwałych budowli betonowych tam, gdzie zachodzi konieczność niewielkiego podpiętrzenia cieku. Pamiętać należy jednak, że wszelkiego typu przegrody stanowią istotne bariery dla migrującej fauny, szczególnie ryb, dlatego w przypadku większych budowli warunkiem koniecznym są odpowiednie przepławki. W przypadku progów kamiennych wystarczy nieraz zastosowanie odpowiednio dużych (0,3 - 0,5 m średnicy) kamieni, tak aby szczeliny pomiędzy nimi stanowiły naturalne drogi migracji fauny.
Renaturyzacja rzeki, oprócz samego jej koryta, powinna uwzględnić troskę o zachowanie we właściwym stanie otoczenia cieku. Ważna jest ciągłość struktur przyrodniczych towarzyszących rzece, np. roślinności nadbrzeżnej. To dzięki nim dolina rzeczna sprawnie funkcjonuje jako korytarz ekologiczny. Na małych ciekach wiele dobrego dla przyrody sprawi zastąpienie przepustów rurowych jednoprzęsłowymi mostkami, pod którymi swobodnie będą mogły migrować zwierzęta. Także na większych rzekach poszerzenie światła mostów jest działaniem bardzo pożądanym, zresztą nie tylko z punktu widzenia funkcjonowania rzeki jako układu przyrodniczego, ale i ze względów ochrony przeciwpowodziowej.
Prócz prostych działań, na rzekach - zwłaszcza Europy Zachodniej - realizuje się czasami potężne projekty polegające na całkowitej przebudowie rzek i potoków, związanej ze sztucznym utworzeniem całkiem nowego ich koryta. W przypadkach zachowania na jakichś odcinkach doliny pozostałości dawnego koryta, można podjąć próbę jego wykorzystania. Wiąże się to przeważnie z koniecznością znacznego podpiętrzenia cieku i zabezpieczenia przed powrotem wody do kanału, leżącego głębiej od dawnego koryta. Wymaga to przeważnie budowy szeregu umocnień, znacznej ingerencji w ekosystem i ma sens w przypadku cieków silnie zdegradowanych, płynących w dolinach o niewielkich walorach przyrodniczych. Próby takie warto podejmować również na niewielkich odcinkach, gdzie ukształtowanie terenu i przebieg dawnego oraz nowego koryta pozwalają przeprowadzić przedsięwzięcie przy wykorzystaniu niewielkich nakładów i bez większych ingerencji technicznych.
Jeden z nielicznych dotychczas w Polsce przykładów technicznej renaturyzacji cieku, połączonej ze sztucznym wprowadzeniem płatów odpowiedniej roślinności wodno-błotnej, przeprowadzono na około kilometrowej długości odcinku rzeki Piwonii na Pojezierzu Łęczyńsko- Włodawskim. Ciek płynący głębokim rowem przeniesiono do nowego, sztucznego koryta, znacznie płytszego i meandrującego wśród przesuszonych torfowisk niskich.
Ciek o optymalnym przyrodniczo charakterze powinien mieć:
- miejsca głębokie i płytkie, a nie jednostajną głębokość;
- dużą różnorodność strukturalną (drzewa przewrócone w nurt, kamienie, podmycia pod brzegami);
- miejsca o szybkim i powolnym nurcie;
- sekwencję bystrzy i głęboczków;
- odcinki brzegów płaskich i stromych;
- odcinki o różnym charakterze dna;
- odcinki naświetlone i zacienione;
- krętą linię;
- czystą wodę.