La cuenca hidrográfica es el territorio que comprende un río y sus afluentes, formado por un terreno cuyas aguas van a parar a un mismo río o afluente de dicho río. Se encuentran separadas entre sí por divisorias de aguas que coinciden con las zonas de cambio de pendiente del terreno, es decir, por las cumbres de los relieves montañosos que las delimitan. Dentro de la cuenca los ríos trazan su propio cauce (espacio por el que circulan) y crean una red fluvial que se organiza jerárquicamente desde los subafluentes y afluentes hasta llegar al río principal. Existen tres tipos de cuencas: 

• a) Exorreicas o abiertas. Aquéllas en las que el cauce principal de agua desemboca en el mar.
• b) Endorreicas o cerradas. Aquéllas en las que el cauce principal o los escurrimientos no desembocan en el mar y, por lo general, dan origen a un lago.
• c) Criptorreicas. Cuencas cuyas corrientes de agua son subterráneas, alimentadas por la infiltración casi inmediata de la lluvia a través de suelos porosos como los calcáreos.

Los cursos fluviales se organizan en redes jerarquizadas y estructuradas, que aseguran el drenaje de una cuenca (denominándose el conjunto red de drenaje). Las redes de drenaje están formadas por un colector principal y una serie de afluentes. Existen numerosas disposiciones de redes características, a menudo condicionadas en su configuración por la estructura geológica. Las hay poco jerarquizadas, anárquicas, de tipo paralelo, trenzadas, reticuladas, rectangulares, radiales, radiales anulares, etc. Quizás el trazado más característico sea el dendrítico.

Una vertiente hidrográfica es un conjunto de cuencas hidrográficas que tienen en común que todos sus ríos vierten al mismo mar u océano. En la Península existe una gran disimetría entre las vertientes atlántica y cantábrica (en las que desembocan el 69% de los ríos peninsulares) y la vertiente mediterránea (en la que desagua el 31% restante). La jerarquización definitiva de la red fluvial española se produjo después de las glaciaciones. No sólo está marcada por el agua del deshielo procedente de éstas, sino también por la disposición del relieve. La causa es el basculamiento de la Meseta hacia el oeste a partir del Sistema Ibérico.

Incluye los ríos del dominio de clima oceánico que desembocan en el Mar Cantábrico. Se define por cursos fluviales cortos que nacen en la Cordillera Cantábrica. En su recorrido, debido al fuerte desnivel que deben salvar a lo largo de su recorrido, excavan profundos valles, por lo que tienen una gran fuerza erosiva y un carácter torrencial. Las elevadas y regulares precipitaciones otorgan a estos ríos un caudal abundante y regular, con un régimen de alimentación pluvial-oceánico, careciendo de estiajes acusados. A pesar de que las cuencas de los ríos que van a desembocar al mar Cantábrico ocupan menos espacio que cualquiera de las cuencas de los colectores principales, como por ejemplo el Duero o el Tajo, sin embargo, su producción total de agua puede superar a éstos. Aprovechando estas circunstancias y la facilidad que ofrece la topografía abrupta, se construyen pantanos destinados a la producción de energía eléctrica. La cuenca hidrográfica más importante es la formada por el complejo Narcea-Nalón; otros ríos importantes son el Bidasoa, el Nervión, el Deva, el Besaya, el Saja, el Sella, el Navia y el Eo.

En la vertiente atlántica desembocan los grandes ríos de la Meseta, así como el Miño, atlántico por su lugar de desembocadura, pero que no comparte rasgos con los restantes ríos de su vertiente, pues a todos los efectos es un río de la España Húmeda. Adaptados a las condiciones del relieve, los grandes ríos peninsulares tienen la divisoria de aguas entre dos sistemas montañosos y el curso fluvial es más o menos paralelo a las cordilleras, desde las cuales descienden los afluentes hacia el cauce principal. Así se explica que estos ríos, que discurren por zonas de pocas precipitaciones, puedan tener un caudal absoluto considerable, gracias al agua procedente de las zonas montañosas. Respecto a su caudal, éste disminuye conforme más al sur se sitúe, conforme a la disminución de las precipitaciones de Norte a Sur. El caudal y el régimen que llevan son reflejo de la España seca y de un clima mediterráneo continentalizado. No obstante, pese al clima, los afluentes que nacen en las montañas atenúan los contrastes estacionales de caudal de estos ríos de régimen irregular. Salvo el Miño, son todos de régimen pluvial mediterráneo continentalizado. 

a) Cuenca del Miño

Los ríos gallegos se caracterizan por formar rías en su desembocadura. Son muy caudalosos por la gran humedad de la región y el sustrato de rocas impermeables. Son igualmente ríos cortos y nacen a baja altitud, de ahí que su régimen pluvial presente mínimos en verano. Los ríos más importantes son el Tambre, el Ulla y el Miño. Este último nace en Fuentemiña, provincia de Lugo, pasa por Lugo, Orense y Pontevedra y desemboca en Tuy, sirviendo de frontera con Portugal en su último tramo, cuando su caudal es de 242 m3/s. Su principal afluente es el Sil. Ambos ríos nacen en las montañas a mayor altitud, por lo que tienen un régimen pluvio-nival. Entre ambos drenan una cuenca de más de 25.000 km2, que es una de las de mayor caudal relativo. 

b) Duero

Es el río de la Submeseta Norte. Su cuenca hidrográfica es la mayor de España con casi 100.000 kilómetros cuadrados. Nace en los Picos de Urbión, en el Sistema Ibérico, y desemboca en Oporto, Portugal. Tiene una extensa red de afluentes que recoge aguas de la cordillera Cantábrica, el Sistema Ibérico y el Sistema Central, y es responsable de su elevado caudal absoluto, pero, en relación a la superficie de su cuenca, tiene un bajo caudal relativo. Los colectores de la derecha son los que aportan la mayor parte de su caudal, presentando una red jerarquizada en torno a los ríos Pisuerga, Esla y Valderaduey. En cambio, los de la izquierda, muchos más modestos, discurren paralelos hasta el mismo Duero. Entre ellos el más caudaloso es el Tormes. Su curso es tranquilo excepto en los Arribes, donde se encaja en las rocas formando el mayor desfiladero de toda la Península. Este tramo ha sido aprovechado para la construcción de grandes embalses.

c) Tajo

El río Tajo nace en los Montes Universales-Sierra de Albarracín (1800 m) hasta su desembocadura en Lisboa. Es el río más largo de la Península Ibérica con 1120 km, con una cuenca de 81.947 km2, de los cuales 55.800 están en España y delimitada al norte por el Sistema Central, al este por el Sistema Ibérico y al sur por los Montes de Toledo. Tiene una notable escorrentía debido a la impermeabilidad de los suelos silíceos por los que atraviesa. Los afluentes más importantes los recibe por el norte: son los ríos Jarama, Alberche, Tiétar, Alagón y Zezere, ya en Portugal. Su caudal aumenta en el tramo portugués, a causa de las mayores precipitaciones, llegando en la desembocadura a unos 500 m3/s. Tiene un régimen hídrico pluvio-nival en la cabecera, que rápidamente se transforma en pluvial para la mayor parte de su recorrido. Como indica su nombre, tanto en la cabecera como en su tramo medio discurre en ocasiones por notables angosturas. El curso está muy alterado por las intervenciones humanas: desde los embalses para la producción de energía hasta el Trasvase Tajo-Segura.

d) Guadiana

Tradicionalmente se señalaban las Lagunas de Ruidera como su lugar de nacimiento. Hoy día, se sitúa aguas abajo. Es el menos caudaloso de los grandes ríos peninsulares. Desemboca en Ayamonte, Huelva, tras formar frontera entre España y Portugal. Sus principales afluentes son, por la margen derecha, el Cigüela y el Záncara, y, por la izquierda, el Jabalón, Matachel y Zújar. En la Mancha, la casi nula pendiente da lugar a humedales, unos son cársticos como las Lagunas de Ruidera por disolución de las calizas, otras son cuencas arreicas (no fluyen en corrientes de escorrentía), como el Parque Nacional de las Tablas de Daimiel. En su cuenca se han construido grandes embalses para la irrigación agrícola, entre los que destaca el de la Serena, el mayor de España y uno de los de mayor capacidad de la Europa occidental.

e) Guadalquivir

El río Betis de los romanos, llamado en época árabe Río Grande (Uad-al-Kebir). Nace en la Caña de Aguas Frías en la Sierra de Cazorla a 1369 metros de altura y, tras unos primeros kilómetros de fuertes pendientes, fluye tranquilo y casi al nivel del mar durante todo su recorrido, hasta su desembocadura en una gran zona pantanosa de Sanlúcar de Barrameda (Cádiz) tras recorrer 681 km. Drena una extensa cuenca terciaria de 57.527 km², de forma triangular, que coincide con la Depresión o Valle del Guadalquivir. Recoge aguas de Sierra Morena a través de los afluentes de su margen derecha, que son cortos; los más importantes son el Guadalimar, Jándula, Guadiato, Viar y Huelva. Por la margen izquierda recibe al Guadiana Menor y al Genil, que nace en Sierra Nevada a más de 3000 de altitud, con un régimen fluvial nivel en su cabecera, regando la vega de Granada. En la zona de la desembocadura, la acción conjunta del mar y el viento da lugar a la formación de las marismas del Guadalquivir, que constituye el Parque Nacional de Doñana, de alto valor ecológico. El río Guadalquivir cuenta con el único puerto fluvial navegable de España, Sevilla.

Está formada por ríos desiguales en longitud de cauce. El Ebro es el de mayor longitud, caudal y regularidad, pues recibe aportes hídricos de sus afluentes pirenaicos e ibéricos. En los restantes ríos está patente la influencia de los relieves adyacentes al mar, que limitan la longitud de las corrientes. Se trata, en general, de ríos muy poco caudalosos, con grandes crecidas estacionales y fortísimos estiajes. Asimismo, en esta vertiente, están presentes cursos que sólo llevan agua en ocasiones, permaneciendo secos la mayor parte del año: son las denominadas ramblas, que tanto significado tienen en las regiones mediterráneas. En la vertiente mediterránea, no obstante, hay gran diversidad de regímenes: desde el subtropical de los ríos mediterráneos andaluces, hasta el pluvial mediterráneo levantino de los ríos levantinos y catalanes, y los afluentes pirenaicos del río Ebro, que son de régimen mixto (nivo-pluvial y pluvio-nival).

a) Cuenca del Sur

Las cuencas meridionales andaluzas están formadas por ríos con un régimen pluvial mediterráneo subtropical, es decir, con un estiaje muy prolongado de tres o cuatro meses. Son ríos cortos y de régimen irregular. También son frecuentes los arroyos, torrentes o ramblas como las del Guadalmedina, que, a veces, atraviesan núcleos de población produciendo avenidas catastróficas en otoño por las lluvias torrenciales asociadas a fenómenos de gota fría. En verano presentan importantes estiajes (muy prologados debido a su latitud meridional y oriental). Como consecuencia de la escasez de agua, se hace necesario construir en los ríos de la Cuenca Sur, embalses para regularizar el caudal y abastecer de agua a una agricultura pujante, sobre todo en el Poniente almeriense, a la industria y a los núcleos de población surgidos por el turismo, pero no siempre han sido suficientes debido al gran crecimiento demográfico. Su sobreexplotación ha conllevado a graves problemas de salinización de los pozos en toda la costa mediterránea, sobre todo, por las altas densidades humanas que alcanza este territorio, profundamente humanizado, lo que hace necesario promover un uso racional de un bien tan escaso. El río Guadalhorce es el río más importante de la cuenca Sur.

b) Segura, Júcar y Turia

Son excelentes ejemplos de ríos mediterráneos, tanto por su moderada longitud como por su caudal reducido. Su régimen es pluvial y está determinado por el roquedo calizo de sus lugares de nacimiento. Tienen gran importancia a efectos agrícolas, pues el primero riega las huertas murciana y alicantina y los otros dos, la huerta de Valencia. En consecuencia, presentan los mismos problemas de la Cuenca del Sur. Al efecto, el río Segura ha servido de eje del trasvase proveniente del Tajo para solventar estas dificultades de abastecimiento, por la sobreexplotación del terreno y la alta densidad de población.

 c) El Ebro

El río Ebro nace en Fontibre (Cantabria), en la Cordillera Cantábrica, y desemboca en el mar Mediterráneo, en Amposta (Tarragona), donde forma un gran delta triangular, tras recorrer más de 900 kilómetros, con alta vocación agrícola, sobre todo para el cultivo del arroz. Su cuenca es diferente a los otros ríos mediterráneos porque drena altas montañas. Su carácter excepcional viene dado también por el perfil disimétrico de la red hidrográfica española, siendo el único de los grandes ríos peninsulares que desembocan en el Mar Mediterráneo, gracias al basculamiento de la Meseta hacia el Oeste y a que la divisoria de aguas lo sitúa al margen de la Meseta; esta divisoria se localiza entre la Cordillera Cantábrica, el Sistema Ibérico y los Pirineos. Sigue siendo, aunque cada vez más discutido, el río más caudaloso de España, aunque el caudal se ha reducido notablemente en los últimos años por la construcción de embalses y los abundantes regadíos de su curso. Este río Ebro presenta, además, la paradoja de ser un río muy caudaloso sobre una zona muy seca, de clima mediterráneo continentalizado, recorrida por una depresión de forma triangular, formada en el Terciario y terminada de colmatar (rellenar) en el Cuaternario, como la Depresión del Guadalquivir, pero, a diferencia de la Depresión Bética, se encuentra aislada de la influencia marítima por la cordillera Costero-Catalana. Sus principales afluentes son, por la margen izquierda, el Arga, Aragón, Gállego, Cinca, Noguera-Ribagorza, Noguera-Pallaresa y Segre, por la margen derecha, el Jalón, el Jiloca y el Guadalope. El Jiloca atraviesa una fosa tectónica que separa la parte castellana del Sistema Ibérico de la aragonesa. 

d) Pirineo oriental

Comprende algo más de 10.000 km² de cuenca. Estos ríos tienen un régimen nivo-pluvial sólo en la cabecera, al nacer en los Pirineos. Los ríos más importantes son el Ter y el Llobregat.