流域是指流动的地表水汇向同一出口（例如河流上的某一点），或汇集于内流洼地的陆地区域。流域包括向其供水的坡面和排水网络，而不仅仅是河道。流域也称为集水区；英语中还使用 watershed 一词，尤其常见于北美。它是研究水的运动以及上游土地状况与下游水体之间联系的基本空间单元。(usgs.gov)
流域边界与嵌套关系
流域的边界是分水线，即将向不同方向排水的陆地区域分隔开来的界线。分水线通常沿山脊和其他地形高处延伸，但不一定经过高耸的山地。地表水的分水线由地形决定，而地下水的分水线则取决于地下水流动条件，两者未必重合。因此，水可以从地下穿过地表排水的分界线。(pubs.usgs.gov)
流域具有嵌套关系。每条支流都有自己的汇水区，该汇水区构成以汇流点下游某处为出口的更大流域的一部分。以某个监测站为出口划定的流域，包括所有向该站汇水的陆地区域；若以更下游的位置为出口，所划定的流域通常还会包括更多支流及其间的坡面。因此，流域面积取决于所选的出口，而不能仅凭河流名称确定。(usgs.gov)
流域还必须与地图上划定的水文单元相区分。美国流域边界数据集将排水区域组织为嵌套的层级体系，但单个单元可能只代表某个出口上游汇水区的一部分，也可能有多个出口。因此，可能需要组合多个单元，才能构成一个完整的流域。这些边界依据地貌和水文特征划定，而非依据行政区划。(usgs.gov)
外流与内流
在外流水系中，水可以沿相互连通的河流流向海洋。相比之下，内流流域没有通向海洋的地表水出口。其水汇集于尾闾湖或其他洼地，蒸发是重要的水量损失机制。内流并不意味着水静止不动：溪流、地下水交换以及湖泊蓄水量的季节变化，仍然是这一系统的组成部分。(pubs.usgs.gov)
美国西部的大盆地包含众多内流流域和尾闾湖。这类系统尤其清楚地体现了排水与水量平衡之间的区别：溪流将水输送到承接来水的洼地，却没有下游河流将这些水带入海洋。因此，入流量、蒸发量或用水量的变化，都可能改变尾闾湖的水位及其相关生境。(pubs.usgs.gov)
水文过程与水量平衡
在水循环中，降水提供的水会沿多种路径流动。一部分形成地表径流；一部分渗入土壤，补给含水层；还有一部分暂时储存起来。水也通过蒸散返回大气，其中包括蒸发和植物的水分散失。地下水排泄可以在两次降水之间维持河流的水流，因此河流中的水流并不只是降雨后立即产生的径流。(usgs.gov)
水量收支描述特定区域和时段内的水量守恒关系。对于一个简化的流域，若除降水和河流出流外，其他跨边界水量交换均可忽略，则有：
[ P = ET + R + \Delta S, ]
其中，(P) 为降水量，(ET) 为蒸散量，(R) 为折算成流域平均水深的河流总出流量，(\Delta S) 为蓄水量的变化。更完整的核算还包括地下水流入和流出、引水及其他水量转移。蓄水量变化不能一概忽略，尤其是在较短的时段内。(water.usgs.gov)
河流流量与流域平均径流深描述的是不同的量。流量衡量单位时间内流经某一位置的水体积；径流深则将累计出流量均摊到汇水区面积上。水量收支研究通常以毫米表示降水量、径流量和蓄水量变化，以便比较不同大小的流域。(water.usgs.gov)
制图与流域划定
流域划定旨在确定向所选出口汇水的陆地区域。数字化方法通常在地理信息系统中使用数字高程模型。高程数据可用于计算流向和汇流累积量，进而推导出汇水区。最终得到的边界，反映的是根据输入地形数据和水流路径推算方法所推断的排水范围。(ny.water.usgs.gov)
在建成环境中，仅凭地形可能不足以划定流域。雨水管道及其他基础设施可以将自然条件下不会向同一处排水的区域连通起来。因此，精细的城市流域划定可以将根据高程推导的地表水流路径与测绘的地下排水管网相结合。在估算河流或雨水排放口的汇水面积时，区分这两类排水路径十分重要。(usgs.gov)
土地利用、生态与管理
流域将陆地上的活动与承接来水的水体联系起来。城市化带来不透水地表，减少下渗，并使降雨迅速进入排水系统。土壤性质、前期饱和程度、植被和坡度，也会影响有多少降水转化为径流，以及径流到达河流的速度。不透水覆盖面积增加可能使洪水流量增大，但具体响应取决于流域自身的条件。(usgs.gov)
流域也为研究水生生态系统提供了一个框架。流域管理不仅考虑水质，也关注河岸带、源头水域、生境连通性和自然水文过程。上游污染源可能影响下游水体，而且某些区域贡献的污染物负荷可能远高于其面积占比。因此，流域规划将污染源识别、保护或修复措施以及监测结合起来，而不是孤立地处理每一段河流。(epa.gov)
由于流域边界往往跨越行政辖区，以流域为单位的管理需要公共机构、土地所有者、社区及其他用水者之间相互协调。以流域这一地理范围为着眼点，可以将地方项目纳入更大范围的计划，同时保留适合特定水体、生境及损害来源的目标。(nepis.epa.gov)