ลุ่มน้ำคือพื้นที่บนบกซึ่งน้ำผิวดินที่ไหลทั้งหมดมารวมกันที่จุดเดียว เช่นปากแม่น้ำหรือไหลลงสู่แหล่งน้ำ อื่น เช่นทะเลสาบหรือมหาสมุทรลุ่มน้ำหนึ่งจะถูกแยกออกจากลุ่มน้ำที่อยู่ติดกันด้วยเส้นแบ่งเขตลุ่มน้ำ [ ^{1 ] ซึ่ง}ประกอบด้วยลักษณะที่ยกสูงขึ้นต่อเนื่องกัน เช่นสันเขาและเนินเขาลุ่มน้ำหนึ่งอาจประกอบด้วยลุ่มน้ำขนาดเล็กกว่าที่รวมกัน ณจุดบรรจบของ แม่น้ำ ก่อให้เกิด รูปแบบ ลำดับชั้น^{[ 2 ]}

ในอเมริกาเหนือ มักเรียกกันว่าลุ่มน้ำ (watershed ) แม้ว่าในสถานที่ที่ใช้ภาษาอังกฤษอื่นๆ คำว่า "ลุ่มน้ำ" (watershed) จะใช้เฉพาะในความหมายดั้งเดิม คือ เส้น แบ่งเขตลุ่มน้ำคำอื่นๆ ที่ใช้เรียกแอ่งน้ำ ได้แก่พื้นที่รับน้ำ (catchment area ) , แอ่งรับน้ำ (catchment basin) , พื้นที่ระบายน้ำ (drainage area ) , แอ่งแม่น้ำ (river basin) , พื้นที่ รับน้ำ (water catchment) , แอ่ง น้ำ (water basin) [ ^{3 ] [ 4 ] และ}แอ่งน้ำฝน (impluvium ) ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]}

ขอบเขตของลุ่มน้ำถูกกำหนดโดยการแบ่งเขตลุ่มน้ำซึ่งเป็นงานทั่วไปในวิศวกรรมและวิทยาศาสตร์สิ่งแวดล้อม

ในแอ่งระบายน้ำแบบปิด หรือแอ่งปิดแทนที่จะไหลลงสู่มหาสมุทร น้ำจะไหลมารวมกันที่บริเวณภายในแอ่ง ซึ่งเรียกว่าแหล่งน้ำซึ่งอาจเป็นทะเลสาบถาวรทะเลสาบแห้งหรือจุดที่น้ำผิวดินไหลลงสู่ใต้ดิน^{[ 8 ]}

ลุ่มน้ำมีลักษณะคล้ายคลึงกันแต่ไม่เหมือนกับหน่วยอุทกวิทยาซึ่งเป็นพื้นที่ระบายน้ำที่กำหนดขอบเขตไว้เพื่อให้สอดคล้องกับระบบระบายน้ำ แบบลำดับชั้นหลายระดับ หน่วยอุทกวิทยาถูกกำหนดขึ้นเพื่อให้มีทางเข้า ทางออก หรือจุดระบายน้ำหลายจุด ในความหมายที่เข้มงวด ลุ่มน้ำทั้งหมดถือเป็นหน่วยอุทกวิทยา แต่หน่วยอุทกวิทยาไม่จำเป็นต้องเป็นลุ่มน้ำเสมอไป^{[ 8 ]}

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

ทะเลเมดิเตอร์เรเนียนที่สำคัญสองแห่งของโลกไหลลงสู่มหาสมุทรแอตแลนติกด้วยเช่นกัน ลุ่มน้ำ ทะเลแคริบเบียนและอ่าวเม็กซิโกครอบคลุมพื้นที่ส่วนใหญ่ของสหรัฐอเมริกาตอนในระหว่าง เทือกเขา แอปปาเลเชียนและเทือกเขาร็อกกี้ส่วนเล็ก ๆ ของจังหวัดอัลเบอร์ตาและซัสแคตเช วันของ แคนาดา อเมริกากลาง ตะวันออก หมู่เกาะแคริบเบียนและอ่าวเม็กซิโก และส่วนเล็ก ๆ ของอเมริกาใต้ตอนเหนือ ลุ่มน้ำ ทะเลเมดิเตอร์เรเนียนรวมกับทะเลดำครอบคลุมพื้นที่ส่วนใหญ่ของแอฟริกา เหนือแอฟริกา 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 ]}

พื้นที่รับน้ำเป็นปัจจัยสำคัญที่สุดในการกำหนดปริมาณหรือโอกาสที่จะเกิดน้ำท่วม

Catchment factors are: topography, shape, size, soil type, and land use (paved or roofed areas). Catchment topography and shape determine the time taken for rain to reach the river, while catchment size, soil type, and development determine the amount of water to reach the river.

Generally, topography plays a big part in how fast runoff will reach a river. Rain that falls in steep mountainous areas will reach the primary river in the drainage basin faster than flat or lightly sloping areas (e.g., > 1% gradient).

Shape will contribute to the speed with which the runoff reaches a river. A long thin catchment will take longer to drain than a circular catchment.

Size will help determine the amount of water reaching the river, as the larger the catchment the greater the potential for flooding. It is also determined on the basis of length and width of the drainage basin.

Soil type will help determine how much water reaches the river. The runoff from the drainage area is dependent on the soil type. Certain soil types such as sandy soils are very free-draining, and rainfall on sandy soil is likely to be absorbed by the ground. However, soils containing clay can be almost impermeable and therefore rainfall on clay soils will run off and contribute to flood volumes. After prolonged rainfall even free-draining soils can become saturated, meaning that any further rainfall will reach the river rather than being absorbed by the ground. If the surface is impermeable the precipitation will create surface run-off which will lead to higher risk of flooding; if the ground is permeable, the precipitation will infiltrate the soil.^[5]

Land use can contribute to the volume of water reaching the river, in a similar way to clay soils. For example, rainfall on roofs, pavements, and roads will be collected by rivers with almost no absorption into the groundwater. A drainage basin is an area of land where all flowing surface water converges to a single point, such as a river mouth, or flows into another body of water, such as a lake or ocean.

• Continental Divide of the Americas – Principal hydrological divide of North and South America
• Integrated catchment management – Environmental planning
• Interbasin transfer – Transfer of water from one river basin to another
• International Journal of River Basin Management (JRBM)
• International Network of Basin Organizations
• Main stem – Final large channel of a riverine system
• แผนการจัดการลุ่มน้ำ  – การจัดการทรัพยากรน้ำ
• การแตกแขนงของแม่น้ำ  – การที่แม่น้ำแยกออกเป็นลำน้ำสาขา
• เทนาจา  – ลักษณะภูมิประเทศที่เป็นแอ่งยุบตัวในชั้นหินแข็งหน้าเว็บที่แสดงคำอธิบายสั้น ๆ ของเป้าหมายการเปลี่ยนเส้นทาง
• ระยะเวลาในการรวมตัว  – การวัดปริมาณน้ำ
• อุทกวิทยาของลุ่มน้ำ