Se define como régimen de un río, a las variaciones que experimenta un río en su caudal a lo largo del año. Los regímenes fluviales dependen, básicamente, del factor climático, concretamente, de las precipitaciones. Las variaciones del caudal de un río se estudian a través de un hidrograma, gráfico en donde se representan, en el eje de ordenadas, los coeficientes (K) de caudal (cociente entre el caudal medio mensual y el módulo o caudal medio anual), y en el eje de abscisas, los meses del año. El coeficiente de caudal oscila entre 3 y 0,1. Un coeficiente de 3 indica que en ese mes, el río lleva 3 veces más de su caudal normal, un coeficiente igual a 1, indica que lleva un caudal igual al caudal medio anual, y por debajo de 1 que lleva un caudal inferior al normal. Cuanto mayor son las diferencias entre los coeficientes de caudal, más irregular es el río.

Su régimen depende completamente de las lluvias. La mayoría de los ríos españoles son de alimentación pluvial, por lo que se observan regímenes diferentes de acuerdo con la variedad climática de la Península.

a) Régimen pluvial oceánico

El régimen pluvial oceánico es característico de ríos cuyo curso discurre en zonas de clima oceánico, de precipitaciones elevadas y regulares y una evaporación relativamente baja, esto es, Norte y Noroeste peninsular. Son ríos muy regulares, presentando un máximo invernal, con coeficientes por encima de 1, por encima del caudal medio anual, hasta mayo. A partir de septiembre vuelven a recuperarse, tras el mínimo estival, que es característico de estos climas. Ríos como el Tambre y el Ulla responden a este régimen.

b) Régimen pluvial mediterráneo

El régimen pluvial mediterráneo es propio de un contexto climático de precipitaciones irregulares, con una pronunciada sequía estival y frecuentes lluvias de carácter torrencial. Presenta un acusado estiaje veraniego, aguas máximas en primavera y una importante evaporación a lo largo del año. Dentro de él podemos diferenciar, a su vez, varios subtipos:

• El régimen pluvial mediterráneo puro o levantino registra un máximo principal en otoño y otro secundario a finales de invierno-primavera, destacando un mínimo estival menos acusado en duración e intensidad que el régimen mediterráneo subtropical. Es característico de la zona litoral (ríos Mijares y Palancia, por ejemplo).

• El régimen pluvial mediterráneo continental o subtropical tiene un componente fuertemente irregular; su coeficiente oscila entre 2,2 en febrero y 0 en septiembre. Es propio del interior, de la España seca, en donde la irregularidad es considerable, (Zújar, Jándula), con un estiaje muy pronunciado en verano, que se acrecienta por las elevadas temperaturas; el período de mínimo caudal se extiende desde finales de abril a finales de octubre, con un estiaje muy acusado que llega a ser de coeficiente inferior a 0,2 es decir lleva menos de un 20% de su caudal anual medio (coeficiente de 0,2) en los meses estivales que sí coinciden con los de sequía estival propio del clima mediterráneo continentalizado. En los ríos de la vertiente sur (Guadalfeo, Guadalhorce), el estiaje puede alargarse a más de medio año.

c) Régimen nival

Los ríos de régimen nival son propios de zonas de montaña con cabeceras por encima de los 2.500 m de altitud. Se alimentan con el agua de las nieves retenidas durante el invierno, época que corresponde a la estación de aguas bajas. A finales de la primavera e incluso comienzos del verano, la fusión de las nieves aumenta el caudal del río; es la época de aguas altas. En España, el régimen nival se limita a los ríos pirenaicos de alta montaña, como el Caldarés, subafluente del Gállego.

d) Ríos de régimen mixto

Los regímenes mixtos combinan ambos tipos de alimentación, nival y pluvial, nombrándose en primer lugar el tipo de precipitación que aporta más recursos.

• En el régimen nivo-pluvial domina la alimentación nival sobre la pluvial. Por eso, presenta aguas altas al final de la primavera, coincidiendo con el deshielo de las nieves. El mínimo, aunque no muy acusado, se da en verano. Hay un segundo máximo por lluvias, en otoño. En España es propio de algunos ríos pirenaicos, como el Gállego y el Cinca, y también de los cursos altos de los ríos cantábricos y algunos ríos del Sistema Central.

• En el régimen pluvio-nival la alimentación pluvial domina sobre la nival, con máximos a comienzos de la primavera (cuando al agua de lluvia se suma el agua de fusión de las nieves) y un claro estiaje durante el verano; cuenta, además, con un máximo secundario en otoño. Este régimen caracteriza algunas zonas de cabecera de los grandes ríos peninsulares, como el Duero y el Tajo en la vertiente atlántica, o el Llobregat en la mediterránea. 

Estos regímenes sencillos son propios de ríos de cuencas reducidas con unas condiciones uniformes. Por el contrario, los grandes ríos españoles se definen por tener unos regímenes fluviales complejos, en los que se combinan distintos tipos de alimentación, ya que en sus extensas cuencas van cambiando las condiciones físicas y, además, reciben el aporte de sus afluentes, lo que conduce a un cambio y gran diversidad en el tipo y el modelo de regímenes fluviales a lo largo de su recorrido.