ประมาณ 48.71% ของพื้นที่บนโลกไหลลงสู่มหาสมุทรแอตแลนติกในทวีปอเมริกาเหนือน้ำผิวดินไหลลงสู่มหาสมุทรแอตแลนติกผ่าน ทางลุ่ม แม่น้ำเซนต์ลอว์เรนซ์และทะเลสาบใหญ่ชายฝั่งตะวันออกของสหรัฐอเมริกาเขตชายฝั่งทะเลของแคนาดาและพื้นที่ส่วนใหญ่ ของ นิวฟาวนด์แลนด์และแลบราดอร์เกือบทั้งหมด ของ ทวีปอเมริกาใต้ทางตะวันออกของเทือกเขาแอนดีสก็ไหลลงสู่มหาสมุทรแอตแลนติกเช่นกัน รวมถึงพื้นที่ส่วนใหญ่ของ ยุโรป ตะวันตกและยุโรปกลางและพื้นที่ส่วนใหญ่ของแอฟริกาตะวันตกใต้ทะเลทรายซาฮาราตลอดจน เวสเทิ ร์นซาฮาราและบางส่วนของโมร็อกโก

ทะเลเมดิเตอร์เรเนียนที่สำคัญสองแห่งของโลกไหลลงสู่มหาสมุทรแอตแลนติกด้วยเช่นกัน ลุ่มน้ำ ทะเลแคริบเบียนและอ่าวเม็กซิโกครอบคลุมพื้นที่ส่วนใหญ่ของสหรัฐอเมริกาตอนในระหว่าง เทือกเขา แอปปาเลเชียนและเทือกเขาร็อกกี้ส่วนเล็ก ๆ ของจังหวัดอัลเบอร์ตาและซัสแคตเช วันของ แคนาดา อเมริกากลาง ตะวันออก หมู่เกาะแคริบเบียนและอ่าวเม็กซิโก และส่วนเล็ก ๆ ของอเมริกาใต้ตอนเหนือ ลุ่มน้ำ ทะเลเมดิเตอร์เรเนียนรวมกับทะเลดำครอบคลุมพื้นที่ส่วนใหญ่ของแอฟริกาเหนือแอฟริกา ตอน กลาง และตะวันออก ( ผ่านแม่น้ำไนล์ ) ยุโรปตอนใต้ตอนกลาง และ ตะวันออก ตุรกีและพื้นที่ชายฝั่งของอิสราเอลเลบานอนและซีเรีย

มหาสมุทรอาร์กติกระบายน้ำจากพื้นที่ส่วนใหญ่ของแคนาดาตะวันตกและแคนาดาเหนือทางตะวันออกของสันปันน้ำทวีป อลาสก้า ตอน เหนือและบางส่วนของรัฐนอร์ทดาโคตา เซาท์ดาโคตามินนิโซตาและมอนแทนาในสหรัฐอเมริกา ชายฝั่งทางเหนือของคาบสมุทรสแกนดิเนเวียในยุโรป รัสเซียตอนกลางและตอนเหนือ และบางส่วนของคาซัคสถานและมองโกเลียในเอเชียซึ่งรวมแล้วคิดเป็นประมาณ 17% ของพื้นที่ดินของโลก^{[ 9 ]}

พื้นที่มากกว่า 13% ของโลกไหลลงสู่มหาสมุทรแปซิฟิก^{[ 9 ]}ลุ่มน้ำนี้ครอบคลุมพื้นที่ส่วนใหญ่ของจีน รัสเซียตะวันออกและตะวันออกเฉียงใต้ ญี่ปุ่นคาบสมุทรเกาหลี อินโดจีนส่วนใหญ่ อินโดนีเซียและมาเลเซีย ฟิลิปปินส์หมู่เกาะแปซิฟิกทั้งหมด ชายฝั่งตะวันออกเฉียงเหนือของออสเตรเลียและแคนาดาและสหรัฐอเมริกาทางตะวันตกของสันปันน้ำทวีป (รวมถึงอลาสก้าส่วนใหญ่) ตลอดจนอเมริกากลางตะวันตกและอเมริกาใต้ทางตะวันตกของเทือกเขาแอนดีส

ลุ่มน้ำของมหาสมุทรอินเดียครอบคลุมพื้นที่ประมาณ 13% ของแผ่นดินโลก โดยระบายน้ำจากชายฝั่งตะวันออกของแอฟริกา ชายฝั่งทะเลแดงและอ่าวเปอร์เซียอนุทวีปอินเดียพม่าและส่วนใหญ่^ของออสเตรเลีย^{[ 10} ]

ลุ่มแม่น้ำที่ใหญ่ที่สุด 5 แห่ง (เรียงตามพื้นที่) จากใหญ่ที่สุดไปเล็กที่สุด ได้แก่ ลุ่มแม่น้ำอะมาซอน ( ⁷ล้าน ตารางกิโลเมตร) ลุ่มแม่น้ำคองโก (4 ล้าน ตารางกิโลเมตร⁾ลุ่มแม่น้ำไนล์ (3.4 ล้าน ตารางกิโลเมตร⁾ลุ่มแม่น้ำมิสซิสซิปปี (3.22 ล้าน ตารางกิโลเมตร⁾และลุ่มแม่น้ำริโอเดลาพลาตา (3.17 ล้าน ตารางกิโลเมตร⁾ส่วนแม่น้ำ 3 สายที่มีปริมาณน้ำมากที่สุด จากมากไปน้อย ได้แก่ แม่น้ำอะมาซอนแม่น้ำคงคาและแม่น้ำคองโก

แอ่งน้ำปิด (Endorheic basin)คือแอ่งน้ำภายในแผ่นดินที่ไม่ระบายลงสู่มหาสมุทร แอ่งน้ำปิดครอบคลุมพื้นที่ประมาณ 18% ของพื้นดินบนโลก แอ่งน้ำปิดบางแห่งระบายลงสู่ทะเลสาบปิดหรือทะเลภายในแผ่นดินทะเลสาบเหล่านี้หลายแห่งเป็นเพียงทะเลสาบชั่วคราวหรือมีขนาดเปลี่ยนแปลงอย่างมากขึ้นอยู่กับสภาพภูมิอากาศและปริมาณน้ำไหลเข้า หากน้ำระเหยหรือซึมลงสู่พื้นดินบริเวณปลายสุดของแอ่งน้ำ บริเวณนั้นอาจมีชื่อเรียกได้หลายชื่อ เช่น ที่ราบน้ำแห้ง ที่ราบเกลือทะเลสาบแห้งหรือแหล่งน้ำด่าง

แอ่งน้ำปิดขนาดใหญ่ที่สุดอยู่ในเอเชีย กลาง ได้แก่ทะเลแคสเปียนทะเลอารัลและทะเลสาบขนาดเล็กอีกมากมาย ภูมิภาคน้ำปิดอื่นๆ ได้แก่แอ่งน้ำเกรตเบซินในสหรัฐอเมริกาทะเลทรายซาฮารา เกือบทั้งหมด แอ่งน้ำของแม่น้ำโอคาวังโก ( แอ่งคาลาฮารี ) ที่ราบสูงใกล้ทะเลสาบใหญ่ในแอฟริกาตอนในของออสเตรเลียและคาบสมุทรอาหรับและบางส่วนในเม็กซิโกและเทือกเขา แอนดีส บางแห่ง เช่น เกรตเบซิน ไม่ใช่แอ่งน้ำเดียว แต่เป็นกลุ่มของแอ่งน้ำปิดที่แยกจากกันและอยู่ติดกัน

ในแหล่งน้ำ ปิด ที่การระเหยเป็นปัจจัยหลักในการสูญเสียน้ำ น้ำมักจะมีความเค็มมากกว่าในมหาสมุทร ตัวอย่างที่ชัดเจนคือทะเลเดดซี^{[ 11 ]}

ลุ่มน้ำมีความสำคัญทางประวัติศาสตร์ในการกำหนดเขตแดน โดยเฉพาะในภูมิภาคที่มีการค้าทางน้ำมีความสำคัญ ตัวอย่างเช่นราชสำนักอังกฤษ ได้มอบ สิทธิผูกขาดการค้าขนสัตว์ ในลุ่มน้ำ ฮัดสันทั้งหมดซึ่งเป็นพื้นที่ที่เรียกว่ารูเพิร์ตแลนด์ ให้แก่ บริษัทฮัดสันเบย์ปัจจุบัน การจัดระเบียบทางการเมือง ระดับภูมิภาคทางชีวภาพนั้นรวมถึงข้อตกลงระหว่างรัฐ (เช่นสนธิสัญญา ระหว่างประเทศ และภายในสหรัฐอเมริกาข้อตกลงระหว่างรัฐ ) หรือหน่วยงานทางการเมืองอื่นๆ ในลุ่มน้ำเฉพาะแห่ง เพื่อจัดการแหล่งน้ำที่ลุ่มน้ำนั้นไหลลง ตัวอย่างของข้อตกลงระหว่างรัฐดังกล่าว ได้แก่คณะกรรมการทะเลสาบใหญ่และหน่วยงานวางแผนภูมิภาคทาโฮ

ในวิชาอุทกวิทยาลุ่มน้ำเป็นหน่วยพื้นฐานที่ใช้ในการศึกษาการเคลื่อนที่ของน้ำในวัฏจักรอุทกวิทยากระบวนการหาขอบเขตลุ่มน้ำเรียกว่าการกำหนดขอบเขต ลุ่มน้ำ การหาพื้นที่และขอบเขตของลุ่มน้ำเป็นขั้นตอนสำคัญในหลายสาขาวิทยาศาสตร์และวิศวกรรม

น้ำส่วนใหญ่ที่ไหลออกจากทางออกของแอ่งน้ำมีต้นกำเนิดมาจากปริมาณน้ำฝนที่ตกลงมาในแอ่งน้ำ^{[ 12 ]}น้ำบางส่วนที่เข้าสู่ ระบบ น้ำใต้ดินใต้แอ่งน้ำอาจไหลไปยังทางออกของแอ่งน้ำอื่น เนื่องจากทิศทางการไหลของน้ำใต้ดินไม่ตรงกับทิศทางการไหลของเครือข่ายระบายน้ำด้านบนเสมอไป การวัดปริมาณน้ำที่ไหลออกจากแอ่งน้ำสามารถทำได้โดยใช้เครื่องวัดระดับน้ำที่ตั้งอยู่ที่ทางออกของแอ่งน้ำ ขึ้นอยู่กับสภาพของแอ่งน้ำ เมื่อฝนตก น้ำบางส่วนจะซึมลงสู่พื้นดินโดยตรง น้ำนี้จะยังคงอยู่ใต้ดิน ค่อยๆ ไหลลงเนินและในที่สุดก็ถึงแอ่งน้ำ หรือจะซึมลึกลงไปในดินและรวมตัวกันเป็นชั้นน้ำใต้ดิน^{[ 13 ]}

เมื่อน้ำไหลผ่านแอ่งน้ำ มันสามารถก่อให้เกิดลำธารสาขาที่เปลี่ยนแปลงโครงสร้างของพื้นดินได้ มีสามประเภทหลักที่แตกต่างกัน ซึ่งได้รับผลกระทบจากหินและพื้นดินด้านล่าง หินที่สึกกร่อนอย่างรวดเร็วจะก่อให้เกิดรูป แบบ กิ่งก้านสาขาและรูปแบบนี้พบเห็นได้บ่อยที่สุด รูปแบบอีกสองประเภทที่เกิดขึ้นคือรูปแบบตาข่ายและรูปแบบสี่เหลี่ยมผืนผ้า^{[ 14 ]}

ข้อมูลจากเครื่องวัดปริมาณน้ำฝนใช้ในการวัดปริมาณน้ำฝนรวมในลุ่มน้ำ และมีวิธีการตีความข้อมูลนั้นหลายวิธี ในกรณีที่เครื่องวัดมีจำนวนมากและกระจายอย่างสม่ำเสมอทั่วพื้นที่ที่มีปริมาณน้ำฝนสม่ำเสมอ การใช้ วิธีค่า เฉลี่ยเลขคณิตจะให้ผลลัพธ์ที่ดี ใน วิธี Thiessen polygonลุ่มน้ำจะถูกแบ่งออกเป็นรูปหลายเหลี่ยม โดยถือว่าเครื่องวัดปริมาณน้ำฝนที่อยู่ตรงกลางของแต่ละรูปหลายเหลี่ยมเป็นตัวแทนของปริมาณน้ำฝนในพื้นที่ที่รวมอยู่ในรูปหลายเหลี่ยมนั้น รูปหลายเหลี่ยมเหล่านี้สร้างขึ้นโดยการลากเส้นระหว่างเครื่องวัด จากนั้นลากเส้นแบ่งครึ่งตั้งฉากของเส้นเหล่านั้นเพื่อสร้างรูปหลายเหลี่ยม วิธี isohyetalเกี่ยวข้องกับการลากเส้นชั้นความสูงที่มีปริมาณน้ำฝนเท่ากันทับเครื่องวัดบนแผนที่ การคำนวณพื้นที่ระหว่างเส้นโค้งเหล่านี้และการรวมปริมาตรน้ำนั้นใช้เวลานาน

แผนที่ไอโซโครนสามารถใช้แสดงระยะเวลาที่น้ำไหลบ่าภายในลุ่มน้ำไปถึงทะเลสาบ อ่างเก็บน้ำ หรือทางออก โดยสมมติว่าปริมาณน้ำฝนที่มีประสิทธิภาพคงที่และสม่ำเสมอ^{[ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]}

ลุ่มน้ำเป็นหน่วยทางอุทกวิทยาหลักที่พิจารณาในธรณีสัณฐานวิทยาของแม่น้ำ ลุ่มน้ำเป็นแหล่งกำเนิดของน้ำและตะกอนที่เคลื่อนตัวจากที่สูงผ่านระบบแม่น้ำไปยังที่ต่ำกว่า ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงรูปร่างของร่องน้ำ

ลุ่มน้ำมีความสำคัญต่อระบบนิเวศเนื่องจากน้ำไหลผ่านพื้นดินและแม่น้ำ ทำให้สามารถพัดพาธาตุอาหารตะกอนและสารมลพิษไปด้วย สิ่งเหล่านี้จะถูกขนส่งไปกับน้ำไปยังจุดสิ้นสุดของลุ่มน้ำ และอาจส่งผลกระทบต่อกระบวนการทางนิเวศวิทยาตลอดเส้นทาง รวมถึงในแหล่งน้ำ ปลายทาง ด้วย

การใช้ปุ๋ยเคมี สมัยใหม่ ซึ่งประกอบด้วยไนโตรเจน (ในรูปไนเตรต ) ฟอสฟอรัสและโพแทสเซียมส่งผลกระทบต่อบริเวณปากแม่น้ำ แร่ธาตุเหล่านี้ถูกพัดพาไปตามลุ่มน้ำจนถึงปากแม่น้ำ และอาจสะสมอยู่ที่นั่น ทำให้สมดุลของแร่ธาตุตามธรรมชาติเสียไป ซึ่งอาจก่อให้เกิด ภาวะยูโทรฟิเคชัน (eutrophication ) ที่พืชเจริญเติบโตเร็วขึ้นเนื่องจากมีแร่ธาตุเพิ่มเติมเข้าไป

เนื่องจากลุ่มน้ำเป็นหน่วยที่สอดคล้องกันในเชิงอุทกวิทยา จึงเป็นเรื่องปกติที่จะจัดการทรัพยากรน้ำบนพื้นฐานของลุ่มน้ำแต่ละแห่ง ในรัฐมินนิโซตาของสหรัฐอเมริกาหน่วยงานของรัฐที่ทำหน้าที่นี้เรียกว่า " เขตลุ่มน้ำ " ^{[ 19 ]}ในนิวซีแลนด์เรียกว่าคณะกรรมการลุ่มน้ำ กลุ่มชุมชนที่เทียบเคียงได้ซึ่งตั้งอยู่ในออนแทรีโอ ประเทศแคนาดา เรียกว่าหน่วยงานอนุรักษ์ในอเมริกาเหนือ หน้าที่นี้เรียกว่า " การจัดการลุ่มน้ำ " ในบราซิลนโยบายทรัพยากรน้ำแห่งชาติ ซึ่งควบคุมโดยพระราชบัญญัติหมายเลข 9.433 ปี 1997 กำหนดให้ลุ่มน้ำเป็นการแบ่งเขตแดนของการจัดการน้ำของบราซิล

เมื่อลุ่มแม่น้ำไหลผ่านพรมแดนทางการเมืองอย่างน้อยหนึ่งแห่ง ไม่ว่าจะเป็นพรมแดนภายในประเทศหรือพรมแดนระหว่างประเทศ ลุ่มแม่น้ำนั้นจะถูกเรียกว่าแม่น้ำข้ามพรมแดนการบริหารจัดการลุ่มแม่น้ำดังกล่าวจึงตกเป็นความรับผิดชอบของประเทศที่ใช้ลุ่มแม่น้ำร่วมกัน โครงการริเริ่มลุ่มแม่น้ำไนล์ (Nile Basin Initiative) , สำนักงานบริหาร จัดการลุ่มแม่น้ำเซเนกัล(OMVS for Senegal River ) และคณะกรรมการแม่น้ำโขง (Mekong River Commission)เป็นเพียงตัวอย่างของการจัดการลุ่มแม่น้ำร่วมกันเท่านั้น

การจัดการลุ่มน้ำร่วมกันยังถือเป็นวิธีสร้างความสัมพันธ์ที่สงบสุขและยั่งยืนระหว่างประเทศต่างๆ อีกด้วย^{[ 20 ]}

โดยทั่วไปแล้ว ลักษณะภูมิประเทศมีบทบาทสำคัญอย่างมากต่อความเร็วที่น้ำจะไหลลงสู่แม่น้ำ ฝนที่ตกลงมาใน พื้นที่ ภูเขา สูงชัน จะไหลลงสู่แม่น้ำสายหลักในลุ่มน้ำได้เร็วกว่าพื้นที่ราบหรือพื้นที่ลาดเอียงเล็กน้อย (เช่น ความลาดชันมากกว่า 1%)

รูปทรงของพื้นที่ลุ่มน้ำจะมีผลต่อความเร็วในการไหลของน้ำลงสู่แม่น้ำ พื้นที่ลุ่มน้ำที่มีลักษณะยาวและแคบจะใช้เวลานานกว่าในการระบายน้ำเมื่อเทียบกับพื้นที่ลุ่มน้ำที่มีรูปทรงกลม

ขนาดของลุ่มน้ำจะเป็นตัวกำหนดปริมาณน้ำที่ไหลลงสู่แม่น้ำ เนื่องจากลุ่มน้ำที่ใหญ่กว่าจะมีโอกาสเกิดน้ำท่วมมากกว่า นอกจากนี้ยังพิจารณาจากความยาวและความกว้างของลุ่มน้ำด้วย

ประเภทของดินจะช่วยกำหนดปริมาณน้ำที่ไหลลงสู่แม่น้ำ ปริมาณน้ำไหลบ่าจากพื้นที่ระบายน้ำขึ้นอยู่กับประเภทของดิน ดินบางประเภท เช่น ดิน ทรายมีการระบายน้ำได้ดีมาก และปริมาณน้ำฝนบนดินทรายมีแนวโน้มที่จะซึมลงสู่พื้นดิน อย่างไรก็ตาม ดินที่มีดินเหนียวอาจซึมผ่านได้น้อยมาก ดังนั้นปริมาณน้ำฝนบนดินเหนียวจะไหลบ่าและก่อให้เกิดปริมาณน้ำท่วม หลังจากฝนตกต่อเนื่องเป็นเวลานาน แม้แต่ดินที่ระบายน้ำได้ดีก็อาจอิ่มตัวซึ่งหมายความว่าปริมาณน้ำฝนที่ตกลงมาเพิ่มเติมจะไหลลงสู่แม่น้ำแทนที่จะซึมลงสู่พื้นดิน หากพื้นผิวซึมผ่านไม่ได้ ปริมาณน้ำฝนจะทำให้เกิดน้ำไหลบ่าบนพื้นผิว ซึ่งจะนำไปสู่ความเสี่ยงต่อการเกิดน้ำท่วมที่สูงขึ้น หากพื้นดินซึมผ่านได้ ปริมาณน้ำฝนจะซึมลงสู่ดิน^{[ 5 ]}

การใช้ที่ดินสามารถส่งผลต่อปริมาณน้ำที่ไหลลงสู่แม่น้ำได้ ในลักษณะเดียวกับดินเหนียว ตัวอย่างเช่น น้ำฝนที่ตกลงบนหลังคาทางเท้าและถนนจะถูกรวบรวมโดยแม่น้ำโดยแทบไม่มีการซึมลงสู่แหล่งน้ำใต้ดินเลย ลุ่มน้ำคือพื้นที่บนบกที่น้ำผิวดินไหลทั้งหมดมารวมกันที่จุดเดียว เช่น ปากแม่น้ำ หรือไหลลงสู่แหล่งน้ำอื่น เช่น ทะเลสาบหรือมหาสมุทร