Водосборният басейн е областта от сушата, от която дадена река събира своите води, включително водосборните басейни на нейните притоци. Той е отделен от съседните водосборни басейни с вододели. Оттокът на реките зависи до голяма степен от площта на техния водосборен басейн и от климатичните условия в него. Така в областите с екваториален или океански климат реките са значително по-пълноводни от реки с подобен по площ водосборен басейн, но разположен в зони с пустинен или субтропичен климат. Реките с особено големи водосборни басейни, включващи различни климатични области, могат да имат сложен режим на оттока, повлиян от климата в различните части на басейна. Отношението на оттока към площта на водосборния басейн се нарича модул на оттока и варира в широки граници – от стойности, близки до 0 в пустинните райони, до повече от 60 l/s·km² в екваториалните области.
Границите на водосборните басейни са сравнително лесни за определяне при добре изразен релеф и водоплътни скали в геоложката основа. При малки разлики в надморската височина, например в крайбрежните блата около притоците на Амазонка или Ориноко, вододелите са трудноопределими, а често и променливи във времето. При водопропусклива скална основа, като пясъци или карст, повърхностния релеф не отразява границите на водосборния басейн, който зависи от движението на подземните води.
В пустинните райони много реки не достигат до морето, тъй като се изпаряват или попиват преди това. Такива безотточни области могат да бъдат сложно преплетени с водосборните басейни на големи реки, като Нил или Нигер, чиято площ по тази причина може да бъде определена само приблизително.
