涪江是嘉陵江右岸的最大支流，发源于四川松潘雪宝顶北坡的三岔子，至三舍驿向南东流，经市境潼南、铜梁等县，于合川汇入嘉陵江，全长 700千米，流域面积 36 400平方千米，占嘉陵江流域面积的22.2％。涪江支流众多，构成全流域不对称的羽状水系。江油武都（龙口）以上为上游，武都至遂宁为中游，遂宁以下为下游。
涪江流域地势自西北向东南倾斜。下流河段平均比降为0.6‰。河谷宽阔，谷宽一般2～8千米。河谷呈浅凹形，水流迂回，多险滩，局部有分河段汊流。枯水河面宽100～200米，洪水河面宽达1 000米。河床多砂砾卵石，间有基岩出露，河漫滩分布广泛，心滩也有发育。河流两岸的冲积阶地距枯水面的高度，在江油、绵阳一带为6米，至市境合川则增至25米。阶地面积较为宽广，是农耕地和居民集中分布的地区。
流域内气候受地貌的影响显著，上中游山区冬季寒冷干燥，盛夏湿润凉爽，在海拔3 500米以上的地区已无真正的夏季，年降水量约900毫米，84％集中降于5～9月，有暴雨、大风及冰雹天气出现。中下游河谷，冬暖多雾，霜雪少见，夏季温热多雨，年降水量约1 000毫米，70％集中降于7～9月。
流域的径流来源以降水为主，地下径流的补给也占有相当的比重。涪江多年平均年水量较多，占嘉陵江年水量的25.6％（水河坝站）。流域上游地当川西暴雨区，径流深的数值较大。11～翌年4月为枯水期，2月水位最低，枯水期水量约占年水量的15.5％～20.2％。5月开始涨水，6～10月为汛期，7、8、9三个月水位最高，汛期水量占全年水量的80％以上，7月水量最大。涪江因为高山径流和沿江地下径流的补给，故径流的年际变化不大。