Le acque meteoriche in parte si infiltrano nel terreno, in parte rimangono in superficie. Varie sono le componenti che incidono sulla ripartizione tra lo scorrimento superficiale e quello sotterraneo e sulle caratteristiche dei due deflussi: geografiche, con riferimento alla quantità delle precipitazioni e al clima; geologiche e litologiche, influenti sulla percolazione e la circolazione idrica sotterranea ma anche sul trasporto solido che avviene in superficie; quelle relative alla copertura vegetale, che incide fortemente sull'evapotraspirazione e sulla quantità d'acqua che penetra nel terreno svolgendo un ruolo determinante nella resistenza all'erosione. Infatti la pioggia battente che cade sul suolo nudo favorisce la compattazione del terreno, diminuisce il tempo di corrivazione e aumenta la portata del deflusso superficiale. Invece la copertura arborea intercetta l'acqua piovana riducendo l'effetto battente sul suolo e facilita la velocità d'infiltrazione, grazie alla porosità che si crea nelle zone interessate dagli apparati radicali.
In idrologia lo studio dello scorrimento superficiale viene affrontato riferendosi ad un'area omogenea corrispondente al bacino idrografico, una porzione di territorio su cui scorrono le acque che attraverso i vari affluenti si riversano nello stesso fiume. L'insieme di questi corsi d'acqua, che a seguito della conformazione orografica del territorio raccolgono le acque meteoriche o di scioglimento dei ghiacciai per convogliarle verso l'asta principale, costituisce il reticolo idrografico. Un bacino idrografico è delimitato da una linea spartiacque che fa da perimetro e termina in un punto del fiume, detto sezione di chiusura, corrispondente con la sua foce o con il suo punto di confluenza, in cui transitano tutte le acque raccolte in superficie.
Il deflusso superficiale, corrispondente alla quantità d'acqua che un fiume convoglia alla sua sezione di chiusura, aumenta con l'intensità e la durata della pioggia (afflusso meteorico) e la pendenza locale del terreno e diminuisce con la capacità di infiltrazione del suolo. Le caratteristiche del bacino idrografico incidono sul coefficiente di deflusso del fiume, ovvero sul rapporto tra deflusso superficiale e afflusso meteorico.
Il bacino idrografico non va confuso con il bacino idrogeologico, per il quale non si considera il solo deflusso di acque superficiali ma anche lo scorrimento sotterraneo dipendente dalla stratigrafia e dalla conformazione geologica del sottosuolo. L'acqua che penetra nel terreno dapprima impingua gli strati più superficiali e poi prosegue verso quelli più profondi sino ad incontrare una superficie impermeabile. Si formano così le falde acquifere, masse d'acqua che saturano gli interstizi del terreno o le fessure della roccia muovendosi lentamente ad opera della gravità e della permeabilità.
Le falde acquifere costituiscono delle grandi riserve idriche, soggette al potere filtrante del terreno: i pori del sottosuolo, in misura minore le rocce fratturate, trattengono sostanze in sospensione, batteri e altri organismi, contribuendo all'autodepurazione dell'acqua attraverso processi fisici e chimici. La profondità delle falde può variare molto a seconda del contesto geografico, come pure il loro spessore, da alcune decine a qualche centinaio di metri. Quando le acque sotterranee, per motivi orografici o geologici, affiorano in superficie, si originano le sorgenti, concentrate in un punto o diffuse in una fascia di territorio.
Il regime idrologico delle sorgenti, di natura intermedia tra le acque superficiali e quelle sotterranee, può essere diverso: ci sono sorgenti perenni, temporanee e intermittenti. Le acque sorgive hanno caratteristiche fisico-chimiche e biologiche del tutto peculiari, dovute al lungo percorso che hanno affrontato nel sottosuolo: non sono soggette all'influsso delle stagioni, la loro temperatura varia di poco tra estate e inverno, in generale sono povere di ossigeno e di sostanze nutritive. Quando l'emersione dell'acqua avviene in pianura, le polle che si originano danno forma a rii e fiumi di risorgiva con portata costante e andamento sinuoso.