A Tisza a Duna vízgyűjtőjéhez tartozik. A 157 ezer km2 kiterjedésű tiszai vízgyűjtőt északnyugattól délkeletig húzódó karéjban a Kárpátok magasan kiemelkedő gerince koszorúzza, míg nyugat és délnyugat felől a vízválasztó egészen alacsony. A területet középen az Erdélyi-szigethegység osztja meg, amelytől keletre az Erdélyi-medence, nyugatra az Alföld terül el. Ennek mélyvonulatában fut végig nagyjából észak-déli irányt követve a Tisza középső és alsó szakasza.

A folyó a vízgyűjtő észak-keleti részén, a Máramarosi-havasokban ered. Két ága a Szvidovec tövében 1680 m magasságban eredő Fekete-Tisza és az 1600 m magasságban eredő Fehér-Tisza valósággal körülöleli a Hoverla 2058 m magas csúcsát. Az egyesült Tisza megtartja a Fekete-Tisza nagyjából észak-déli irányát egészen a bal oldali Visó (Vişeu) beömléséig, amely az első számottevő méretű mellékfolyója. Innen a Tisza nyugat felé fordul és 26 km-es út után az ugyancsak a Radnai havasokban eredő Izát veszi fel. A Tisza követi az Iza dél-kelet - észak-nyugati irányú pályáját megszabó törésvonalat a Lápos (M. Ţibleşului) és a Gutin (M. Gutîiului) hegylánc kifutóját alkotó Avas-hegység (M. Oaşului) lábánál. Az Avas és a jobb parti Nagyszőlősi-hegység (Vinogradov) között, a huszti kapuban a folyó völgye hirtelen kiszélesedik, ám mielőtt kiérne az Alföld peremére felveszi a jobb part irányából futó Taracot (Tereszva), Talabort (Tereblja) és a Nagyágat (Rika). Királyháza és a Szamos torkolat között a folyó kelet-nyugati irányt követ. Ezen a szakaszon két nagyobb mellékfolyót fogad be; jobbról a Borsát (Borzsava) és balról, immár magyar területen a Túrt. A Szamos beömléséig a vízgyűjtő terület 13173 km2-re növekszik. Az idáig megtett 258 km-es úton a tengerszint feletti magasság 103 m-re csökken, vagyis a folyó esése a felső szakaszon 1577 m. A hidrológiai szempontok alapján felső, középső és alsó szakaszra tagolható folyó felső szakasza a Szamos torkolatig tart. A középső és alsó szakasz határát a Maros beömlésé adja.

A Tisza második legnagyobb mellékfolyója a Szamos (Someş). 415km-es teljes hosszából csak 50km esik a jelenlegi magyar határon belülre. A folyó az Erdélyi-medence északi részének vizeit fogja össze. Két fő ága közül az egyik a Radnai-havasokat délről kísérő Nagy-Szamos (Someşul-Mare), a másik az Erdélyi-szigethegységben, a Bihar-hegység (M. Bihorului) keleti lejtőjén eredő Meleg-Szamos (Someşul-Cald) és a Gyalui-havasokban (M. Gilăului) fakadó Hideg-Szamos (Someşul-Rece) egyesüléséből keletkező Kis-Szamos (Someşul-Mic). A Nagy-Szamos forrása 1558m magasan fekszik, míg a Meleg-Szamos 1358 m-ről, a Hideg-Szamos 1683 m-ről indul útjára. A Nagy-Szamos hossza az egyesülésig 119,6 km, vízgyűjtőjének kiterjedése 5034 km2. Főbb mellékvize a Sajó (Şieu), valamint a Sajóba torkolló Beszterce (Bistriţa) A Kis-Szamos 3804km2-nyi terület vizeit gyűjti össze. Melékvize a Nagy-szamossal való egyesülés közelében beömlő Füzes (Fizeş). Az egyesült Szamosnak két nagyobb mellékfolyója van. Egyik az Almás (Almaş), a másik a Lápos (Lăpuş), amely a Lápos és Gutin hegységben ered. A Szamos teljes vízgyűjtő területe összesen 15882km2, amely így nagyobb, mint a befogadó Tiszáé. Szembetűnő emiatt, hogy a Szamos vízhozama a sokévi átlag szerint 134 m3/s, míg beömlése helyén a Tisza 203 m3/s mennyiségű vizet szállít. Ennek magyarázata, hogy a Szamos vízgyűjtője a magas hegyekkel való zártsága miatt csapadékban jóval szegényebb, mint a Tisza forrásvidéke. A mederesés a hegyvidéki szakaszon 16 m/km, a síkvidéki rész román szakaszán átlagosan 0,64 m/km, míg a magyar szakaszon átlagosan mintegy 0,22 m/km körül alakul.

A hajdan az Ecsedi lápot tápláló Kraszna a múlt század 90-es éveiig a Szamosba torkollott. Alsó szakaszát ekkor helyezték át oly módon, hogy napjainkban a Szamos torkolat alatt mintegy 3,5 km-nyire közvetlenül a Tiszába ömlik. A Kraszna torkolattól a Tisza észak felé fordul, megkerülve az alig 170 m magas nyírségi homokhátat és Záhonynál éri el legészakibb pontját. Itt éles kanyarulattal nyugat-délnyugatnak veszi útját, balról felveszi a nyírvizeket összegyűjtő Lónyai-főcsatornát, majd a tokaji Kopasz-hegy tövében, a torkolattól 544 km-re, legjelentősebb jobboldali mellékfolyóját, a Bodrogot.

A Tiszát, illetve annak vízgyűjtőjét bemutatva meg kell említeni az alföldi vízhálózat legjelentősebb mesterséges vízfolyását, a Keleti-főcsatornát, mely Tiszalöknél ágazik ki a Tiszából.

A Bodrog beömlésétől dél-nyugat felé irányul a Tisza folyása. A Taktaközi süllyedéket követi, és annak déli szélén ugyancsak jobbról felveszi a Hernáddal bővült Sajót. A Bükk-hegység vizei egy régi Tisza-meder, a Kis-Tisza közvetítésével jutnak a Tiszába.

A Kisköre és Tiszavalk közötti (441,0-403,2 folyamkilométer) folyószakasz felduzzasztásával a Tisza hullámterében létesült a Tisza-tó, amely 127 km2-nyi kiterjedésével a Kárpát-medence második legnagyobb kiterjedésű állóvize lett. A duzzasztást a Kiskörei vízlépcső 1973-as üzembe helyezése tette lehetővé. A beruházás célja a Tisza-völgy középső részének komplex gazdaságföldrajzi átalakítása, a természeti és társadalmi viszonyok fejlesztése volt.

A Tisza következő mellékfolyója, ugyancsak a jobb part felől a Zagyva, a Mátra és a Cserhát vizeinek fő levezetője. A Zagyva torkolat után a folyó délre fordul, és ezt a Dunával párhuzamos irányt megtartja egészen a torkolatig. Nyugat felől a Duna-Tisza közötti homokhát kíséri, ahonnan számottevő vizet nem kap. Igen jelentős azonban a következő baloldali mellékfolyó a Hármas-Körös, amelynek vízgyűjtője a második legnagyobb (27537 km2) a mellékfolyók közül. Hálózatát öt, legyező szerűen összefutó öt vízfolyás alkotja: a Fehér-, a Fekete- és a Sebes-Körös, valamint a Berettyó és a Hortobágy-Berettyó, amelyek közül az első négyet az Erdélyi-szigethegység vizei táplálják, míg az utolsó a Tiszántúl síkságának vizeit vezeti le. A Tiszába ömlő legjelentősebb vízfolyás az ország területén utolsóként betorkolló Maros, amely az Erdélyi-medence déli részének vizeit gyűjti össze 30332 km2-nyi területről. A Maros alatti szakaszon a vízválasztó nyugati szegélye Bajánál megközelíti a Dunát. Ezen a szakaszon már csak két folyót vesz fel a Tisza, amelyek a mai Románia területén erednek, azonban mindkettő Jugoszlávia területén éri el a Tiszát. Ezek a síksági jellegű Aranka és a Duna-torkolattól 9,6 km-re becsatlakozó Béga. A Tisza végül Titelnél a mai Jugoszlávia területen éri el befogadóját, a Dunát.

A Tiszát kísérő állóvizek A Tisza-völgy természetföldrajzi jellemzőit felvázolva, mindenképp említést kell tenni a folyót végig kísérő állóvizekről. Ezek részben a tektonikai süllyedékekben létrejött laposok, elhagyott medrek időszakos, vagy állandó vizei, illetve a természetes úton lefűződött, vagy mesterségesen levágott kanyarulatokból létrejött hullámtéri, vagy mentett oldali morotvák. Ide sorolandók szintén az ártér mélyedéseiben létrehozott halastavak, és különféle célú víztározók is. A hegyvidéki szakaszon is jónéhány völgyzárógátas halastó, valamint árvízvédelmi, ipari- és ivóvízellátás célját szolgáló tározó létesült. A természetes eredetű állóvizek száma és nagysága a vízgyűjtő területén nem jelentős.

A Tisza-menti lefűzött holtmedrek száma Magyarországon 149, összfelületük majd 3000ha. E vizes élőhelyek jelentős szerepet töltenek be a szárazzá vált Tisza-völgy vízi, vagy vízhez kötődő élővilágának fenntartásában, mint az élővilág menedékhelyei. Értékes vegetációjuk és faunációjuk természetvédelmi szempontból különösen jelentőssé teszi őket. Közülük a legértékesebbek, az úgynevezett "szentély" jellegű holtmedrek természetvédelmi oltalom alatt állnak. Ilyen a Felső-Tiszán a Helmecszegi-Holt-Tisza (Tarpa), vagy a Boroszlókerti-Holt-Tisza (Gulács), a Herepi-Holt-Tisza (Tiszacsege), vagy a Mártélyi-Holt-Tisza (Hódmezővásárhely). Hasznosításuk többnyire rekreációs, vagy horgászati célú, - Nagy-morotva, (Rakamaz), Vargaszegi-Holt-Tisza (Tarpa), Marótzugi-Holt-Tisza (Gávavencsellő), Tunyogmatolcsi-Holt Szamos (Tunyogmatolcs) - illetve mezőgazdasági-ipari vízellátást biztosító funkciót is elláthatnak pl. Alcsiszigeti-Holt-Tisza (Szolnok).

A halastavak közül legjelentősebbek a hortobágyi halastavak, amelyek összes felülete megközelíti a 6000 ha-t, valamint a Szeged környéki - amelynek legnevezetesebb tagja a Fehér-tó - és a biharugrai halastavak szintén több ezer hektáros kiterjedéssel. A víztározók közül a Tisza teljes hosszán kiemelkedik méretével a fentebb már jellemzett Tisza-tó, melynek kiterjedése 127 km2, de meg kell említeni a Felső-Tiszán a Szabolcsveresmarti-tározót, a közép-tiszai szakaszon a Hortobágyon a Tisza egykori medreiből kialakított - mára természetvédelmi célokat is szolgáló árvízvédelmi tározókat (Kunkápolnási, Füredkócsi), vagy a Keleti-főcsatorna mentén kialakított öntözési célú két tározót. A folyó Magyarországtól elcsatolt síksági területein, a Délvidéken, Felvidéken, a Mezőségben de az Erdélyi-medence területén is nagy számban találhatók morotvák és különböző célokat szolgáló tározók. Ezek közül legjelentősebbek a mezőségi Záhi-tó (Lacul Zau) és a Cegei-tó (Ţaga Mare) a Füzes-patakon, a felvidéki ungszennai (Senné) tavak, valamint a Szabadka (Subotica) közelében lévő Palicsi-tó és a melencei (Melenci) Ruszanda-tó. Szintén jelentős kiterjedésű halastó-rendszerek létesültek Romániában és Szlovákiában.

A hegyvidéki szakaszon a szlovák részen több völgyzárógátas tó, valamint 35 kisebb természetes állóvíz található. Legjelentősebb közülük a Laborc árvízcsúcsainak visszatartására épült Vihorlát-tározó (Zemplínska Širava) 3000 ha kiterjedéssel és az Ondava nagydomásai tározója (Vel’ ka Domaša) 1400 ha-ral. A romániai területeken a Mezőség már említett tavain kívül a Radnai-, a Szeben-, és a Szörényi-havasok glaciális teknőiben keletkezett tengerszemek, valamint a dél-erdélyi só-medence tavai érdemelnek említést. Ezek jelentős része nem éri el az 1 ha-os kiterjedést sem.

A tiszai-vízgyűjtő természetföldrajzi sajátosságai A Tisza, illetve mellékvizeinek pályáját, vízjárását a szabályozások előtt elsősorban a vízgyűjtőterület természetföldrajzi viszonyai határozták meg. A folyószabályozás jelentősen befolyásolta ezek hatásait. A meder alakulását, méretét völgyük esése és annak építőanyaga, valamint a vízbőség szabja meg, de a duzzasztók és az árvízvédelmi töltések révén mára a folyó alföldi szakaszán elvesztette természetes jellegét, a hidrológiai tulajdonságok jórészt a műtárgyak hatása alatt állnak.

A Tisza forrásvidékének 20-50 m/km esésű völgyeiben mederről még nemigen lehet beszélni. Nagyobb esőzések után a völgyfenék teljes szélességében rohan végig az ár, míg száraz időben csak a sziklás fenék alkotta lépcsőkön át bukdácsolva és a hatalmas kőgörgetegek között bujkálva csörgedezik a víz. A Fekete- és a Fehér-Tisza egyesülése alatt bővizű, vad hegyi patakról lehet beszélni, amelynek már sekély ágya van. A köves medret felváltja a nagyméretű kavics. A Visó beömlésétől kezdve az eredeti vízhozam megkétszereződik, ugyanakkor a meder esése 2 m/km-nyire csökken. Itt a meder néhány deciméter mélységű, kavicsos aljú, a folyó szigetek és kavicszátonyok között, útját állandóan változtatva kanyarog. A Borsa beömlése alatt a meder esése tovább csökken, ezzel együtt a kavicsos mederanyag is kisebb, mogyorónyi nagyságúvá válik és az eddig széles kavicspadok között folyó, ágakban megosztott vizek szeszélyesen kanyargó, de egységes mederben folytatják útjukat. Az Alföldre kiért folyó mélyen beágyazott mederben fut. Esése gyorsan csökken, a Szamos torkolat magasságában 8,8 cm/km körüli értéket mutat és Kisköre, valamint a torkolat között 3,7 cm/km-es értékről 2,5 cm/km-re csökken. A folyó medre az országba belépve apró szemű kavics és murva, amely a Szamos torkolatig finom szemcséjű homokra vált. Az alsó szakasz irányába a Bodrog torkolatától megjelenik, illetve egyre nagyobb arányban van jelen az iszap és az agyag. A Tiszai-alföldön a folyó medrének szélessége többé-kevésbé 200 méter körül mozog, bár egyes szelvényekben ennek csak fele, vagy még annál is kevesebb (Szolnok: 95 m), míg máshol 300, vagy mint Zemplénagárdnál 420 m-re szélesedik. Itt kell megemlíteni az árvízvédelmi töltések szélességét is, amelyek az alföldi szakaszon átlagban 1400-1800 m szélesek, azonban számos helyen az átlag felét sem érik el, így Martfű térségében mindössze 205 m. A síksági szakasz jellegzetessége a kanyargósság. A meanderezés szép példája látható a Tisza felső szakaszán, ahol a Borsa torkolatáig az eredeti állapotok láthatók, míg ez alatt a folyó mederformáló képessége következtében a szabályozások óta is rendkívül sok kanyarulatot hozott létre. Dombrád alatt ez a kép változik, mivel a völgy anyaga ellenállóbbá válik és a folyó esése is csökken. Erre a szakaszra a szélesebb ívű, laposabb kanyarok jellemzőek.

A Tisza vízjárását alakító természeti tényezők közül alapvetőek a terület hőmérsékleti és csapadék viszonyai, illetve a lefolyás jellemzői. A Tisza vízgyűjtőterülete mérsékelt kontinentális éghajlatú. Ezt az általános képet módosítják a mezo- és mikroklimatikus tényezők. Ilyen a domborzat befolyásoló szerepe, valamint az adott terület kitettsége, növénytakarójának minősége is.

Általánosságban a Tisza-vízgyűjtőjén az alföldi területeken a 10-11 °C-os évi középhőmérséklet jellemző, az Erdélyi-medencében 8-9 °C, a közepes magasságú hegyvidékeken 6-9 °C uralkodik. A sokévi átlagok azonban nem tükrözik a vízgyűjtő éghajlatának valódi arcát. Az egyes évek középhőmérsékleti értékei maguk is 3-4 °C-os ingadozást mutatnak, de lényegesen nagyobbak az eltérések az egyes hónapok tekintetében, amelyek a 10 °C-os eltérést is meghaladhatják. Természetesen a legnagyobb eltérések a hőmérséklet abszolút szélsőségeiből adódnak. A hőingás legnagyobb értékének így 70 °C adódik (max. 41,3 °C; min. -32,2 °C), ami az éghajlat kontinentális jellegét bizonyítja.

A Tisza-vízgyűjtője csapadékban szegény. A folyó felső szakaszának mintegy 60%-a kap 1000 mm-nél nagyobb mennyiségű csapadékot évente. A Fekete-Tisza völgye a Hoverla árnyékában van és a Fehér-Tisza forrásvidékén sem haladja meg a csapadék éves mennyisége az 1200-1300 mm értéket. Szintén kifejezetten száraz magassági helyzetéhez képest a Visó és az Iza völgye is. A huszti kaputól nyugatra, az Alföldre kilépő folyó rohamosan csökkenő mennyiségű csapadékot kap és a tiszai alföldön mindenütt 600 mm alatt marad a csapadék mennyisége.

A Szamos vízgyűjtője lényegesen szegényebb csapadékban mint a Felső-Tiszáé. A forrásvidék kifejezetten esőárnyékos területen helyezkedik el köszönhetően jórészt a Radnai-havasok - amely a Nagy-Szamos - és a Bihar-hegység - amely a Kis-Szamos eredési helye - kelet-nyugati irányának. A két folyóág találkozásának helyén, az Erdélyi-medence szívében a csapadék éves mennyisége nem haladja meg a 600 mm-t. A folyó további útján a Gutin felől esőben gazdagabb terület kapcsolódik a vízgyűjtőhöz, amit Kapnikbánya (Cavnic) 1263 mm-e és Nagybánya (Baia Mare) 953 mm-e jellemez.

Figyelmet érdemel a csapadék éven belüli eloszlása. Mivel a vízgyűjtő egészén a mérsékelt szárazföldi klíma érvényesül, jellemző a nyár eleji csapadék maximum. Az éves csapadék mennyiség kb. 25 %-a május, június hónapban esik. Ezt a képet a Földközi-tenger légáramlatai módosítják, aminek következtében a nyári csapadék maximum egy őszi másod maximummal egészül ki október-november táján. Az éves csapadék eloszlás tehát igen egyenetlen; két csúccsal és a közöttük jelentkező száraz periódussal jellemezhető. A hegyvidéki szakaszok csapadék eloszlását a domborzat nagymértékben befolyásolja, itt az némileg kiegyenlítettebb. Az egyes évek csapadék eloszlásában szintén jelentős különbségek mutatkozhatnak, ami nem csak az elmúlt évtizedek sajátja ezen a területen.

A vízháztartás másik lényeges eleme a párolgás. A tiszai vízgyűjtő területén a relatív páratartalom a téli hónapokban 80-85 %-os, nyáron 60-65 %-os értéket mutat. Az Alföldön a páratartalom a nyári hónapokban - elsősorban a déli órákban - jelentősen lecsökkenhet akár 40 % körüli értékre is. Hidrológiai szempontból igen lényeges a légkör párologtató képessége, ami a párolgás potenciális maximumát mutatja meg. A párolgás valódi értéke a csapadékban szegényebb alföldi területeken, de részben még az Erdélyi-medencében is alatta marad a lehetséges párolgás értékének, aminek az az oka, hogy a párolgás kimeríti a talaj víztartalékát. A potenciális párologtatási képesség és a csapadék viszonyát összevetve a kapott kép jól jellemzi a tiszai vízgyűjtő aszályos jellegét. Ezek szerint a lehetséges párolgás az Alföldön még évi átlagban is meghaladja a csapadék mennyiségét, mégpedig a Tiszántúl jelentős részén 40 %-ot meghaladó mértékben. A tenyészidőszak (április-szeptember) összesített vízhiánya az Alföldön eléri a 160-180 mm-t.

A tiszai-vízgyűjtő természetföldrajzi képének felvázolása alapján elmondható, hogy a Tiszán a vízjáték értéke igen nagy, szélsőségekbe hajló. Ezt a természeti tényezők mellett az emberi beavatkozások tovább erősítették. A Szamos beömlése és a torkolat között a kisvízi hozam átlagai jóval 100 m3/s alatt maradnak, akár 40 m3/s értékre is csökkenhetnek, míg az árvízi vízhozam 4000 m3/s körül ingadozik. Jelentős különbségek találhatók az egyes évek vízszállítása között is. Az évenkénti adatok tanúsága szerint, a Tisza-völgyben 10-15 éves nedvesebb-szárazabb periódusok követik egymást. Az éven belüli vízhozamok az éghajlati sajátosságokat követik. Általánosságban a vízgyűjtő területén a tavaszi hónapok a legbővizűbbek. Az áradások igen hevesek, lefolyásukat a mellékfolyók árhullámai jelentősen befolyásolják. Tartós esőzések során az árhullámok össze is torlódhatnak. Érdekesség, hogy a Tiszán a jégzajlásnak jóval kisebb jelentősége van mint a Dunán, mivel a mélyen beágyazott mederben a vízszintet a jégtorlódás nem képes jelentős mértékben megemelni. Mivel a Tisza kifejezetten síksági folyó - vízgyűjtőjén a magas hegységi területek aránya 1 % körüli, míg a 200 m alattiaké 46 % - és a vízgyűjtő legmagasabb pontja (2506 m) is az állandó hóhatár alatt található, hiányoznak az állandó vízpótlást biztosító gleccser vizek és moréna tavak. Szintén befolyásolja az elfolyás mértékét a vízgyűjtő terület vízzáró képessége. Ebből a szempontból megállapítható, hogy a Felső-Tisza, a Szamos és a Bodrog vízgyűjtőjében uralkodó féligáteresztő felületek mérsékelni képesek az árvizek hevességét, illetve némi tartalékot képeznek a kisvizes időszakokban. Az Alföldön vízzáró felszín található és ugyanez jellemző a Körösök vidékére is. E területeken ez a belvízképződés fő oka is. A hótakaróban tárolt vízkészlet lefolyása után a vízszállítás rohamosan csökken, azaz a folyó víztartalékai hamar kimerülnek. A kisvizes időszak elsősorban nyáron és ősszel jelentkezik, elsősorban augusztus-október között, amit a csapadék hiány mellett a párolgás magas értéke is tovább súlyosbít. A legalacsonyabb kisvízi értékeket az utóbbi években mérték, a folyószabályozás hatására bekövetkezett jelentős medermélyülés következtében. A vízjáték szélső értékei mindenhol elérik a 8 m-t, de szélsőséges esetekben egyes szelvényekben a vízszintingadozás elérheti a 20 m-t is.