流域的降水，由地面与地下入河网。流出流域出口断面的水流，称为径流。液态降水形成降雨径流，固态降水则形成冰雪融水径流。由降水到达地面时起，到水流流经出口断面的整个物理过程，称为径流形成过程。降水的形式不同，径流的形成过程也各异。我国的河流以降雨径流为主，冰雪融水径流只是在西部高山及高纬地区河流的局部地段发生。
从降雨到水流汇集至出口断面的整个过程，称为径流的形成过程。在不考虑大量人类活动的影响下，径流的形成过程大致可以分为以下几个阶段：
1．降雨阶段
降雨是径流形成的初始阶段，是径流形成的必要条件。
对于一个流域而言，各次降雨在时间上和空间上的分布和变化不完全相同。一次降雨可以笼罩全流域，也可以只降落在流域的部分地区。降雨强度在不同地区是不一致的，雨强最大的地区称为暴雨中心，各次降雨的暴雨中心不可能完全相同。同一次降雨过程中，暴雨中心位置常会沿着某个方向移动，降雨的强度也常随时间而不断变化。
2．蓄渗阶段
降雨开始以后，地表径流产生以前的植物截留、下渗和填洼等过程，称为流域的蓄渗阶段。在这一过程中消耗的降雨不能产生径流，对径流的形成是一个损失。不同流域或同一流域的不同时期的降雨损失量是不完全相同的。
在植被覆盖地区，降雨到达地面时，会被植被截留一部分，这部分的水量称为截留水量。降雨初期，雨滴落在植物的茎叶上，几乎全被截留。在尚未满足最大截留量前，植被下面的地表仅能得到少量降雨。降雨过程继续进行，直至截留量达到最大值后，多余的水量因重力作用和风的影响才向地面跌落，或沿树干流下。当降雨停止后，截留的水分大部分被蒸发。
雨水降落到地面后，在分子力、毛管力和重力的作用下进入土壤孔隙，被土壤吸收，这一过程称为下渗。土壤吸收并能保持一部分水分（吸着水、薄膜水、下悬毛管水等）。土壤保持水分的最大能力，称为土壤最大持水量。下渗的雨水首先满足土壤最大持水量，多余的才能在重力作用下沿着土壤孔隙向下运动，到达潜水面，并补给地下水，这种现象称为渗透。
降雨满足植物截流和下渗以后，还需要填满地表洼地和水塘，称为填洼。只有在完成填洼以后，水流才开始外溢，产生地表径流。
降雨停止后，洼地蓄水大部分消耗于蒸发和下渗。
3．产流漫流阶段
产流是指降雨满足了流域蓄渗以后，开始产生地表（或地下）径流。根据地区的气候条件，可将产流分为两种基本形式：蓄满产流和超渗产流。
蓄满产流大多发生在湿润地区。由于降水量充沛，地下水丰富，潜水面高，包气带薄，植被发育好，土壤表层疏松，下渗能力强，所以降雨很容易使包气带达到饱和状态。此时，下渗趋于稳定，下渗的水量补给地下水，产生地下径流。当降雨强度超过下渗强度时，则产生地表径流。因为蓄满产流是在降雨使整个包气带达到饱和以后才开始产流，所以又称饱和产流。
超渗产流大多发生在干早地区地下水位较低、包气带较厚、下渗强度较小的流域，当降雨强度大于下渗强度时，就开始产流。在产流过程中，降雨仍在继续下渗（下渗量决定于雨前的土壤含水量）。一次降雨过程中，很可能包气带达不到饱和状态，所以又称非饱和产流。
蓄满产流主要决定于降雨量的大小，与降雨强度无关：超渗产流则决定于降雨强度，而与降雨大小无关。我国淮河流域以南及东北大部分地区以蓄满产流为主；黄河流域、西北地区的河流以超渗产流为主，其他地区具有过渡的性质。
流域产流以后，水流沿地面斜坡流动，称为漫流，又称坡地漫流。
4．集流阶段
坡地漫流的水进入河槽以后，沿河槽从高处向低处流动的过程称集流阶段。此为降雨径流形成过程的最终阶段。各大小支流的水量向干流汇入，使干流水位迅速上升，流量增加。当河槽水位上升速度大于两岸地下水位上升速度时，河水补给地下水；当河流水位下降后，反过来由地下水补给河水，这称为河岸的调节作用。与此同时，河槽蓄水逐渐向出口断面流去。即河槽本身也对径流起调节的作用，称为河槽的调节作用。一般河网密度大的地区，河流较长，河槽纵比降小。河水下泄速度慢，河槽的调节作用大；反之河槽调节作用就小。
在影响河川径流形成与变化的因素中，气候因素是最主要的因素。在流域范围内不论以何种形式进入河槽的水均来源于大气降水，且与降水量、降水强度、形式、过程及空间分布有关。降水强度和形式与径流形成的关系十分密切。在以降雨补给为主的河流，每次降雨可产生一个小洪峰。一年中降雨集中的时期，河流径流量最大，进入洪水期。强暴雨时，雨水在土壤中的下渗量小，汇水时间短，常可造成特大洪峰。此时由于强暴雨对地藤的侵蚀、冲刷十分强烈，进入河水的泥沙量也明显增加。以冰雪融水补给为主的河流，往往在春季融冰雪或夏季冰川融化时出现洪峰，具有明显的日变化与季节变化。
降水过程与径流形成过程有关。当降水过程为先小后大时，先降落的小雨使全流域蓄渗，河网内蓄满了水；之后再降的大雨则因为下渗量减小，几乎能全部变成径流，加之这时的河槽调蓄作用也大大减弱，易形成大洪水。
蒸发量的大小直接与径流有关。在降水转变为径流的过程中，水量损失的主要原因就是蒸发。我国湿润地区降水量的30％～50％、干旱地区降水量的80％～95％均消耗于蒸发。扣除蒸发量后，其余部分的降水才能作为下渗、径流量。流域的蒸发包括水面蒸发和陆面蒸发，陆面蒸发中又包括土壤蒸发与植物蒸腾。此外，气温、风、湿度等气候因素也间接地对径流的形成与变化有影响。
在流域的地貌特征中，流域坡度对河川径流的形成有直接影响。流域坡度大，则汇流迅速、下渗量小、径流集中；反之则径流量减少。流域的坡向、高程是通过降水和蒸发来间接影响河川的径流的。如高山使气流抬升，在迎风面常可产生地形雨，使降水量增加，径流量较大；而背风面雨量较少，径流量也减小。地势愈高，气温愈低，蒸发量愈小，径流量则相应增加。
喀斯特地貌发育地区往往有地下蓄水库存在，对径流的形成起调蓄作用。由于地表河流与地下河流相互交替，地下分水线与地面分水线常常很不一致，有时径流总量可大于流域的平均降水总量。
地质构造和土壤特性决定着流域的水分下渗、蒸发和地下最大蓄水量，对径流量的大小及变化有复杂的影响。一些地质构造有利于地下蓄水（如蓄水盆地），断层、节理、裂隙发育的地区也具有贮存地下水的良好条件，并且可以出现流域不闭合的现象。土壤类型和性质直接影响下渗和蒸发。例如：砂土下渗量大，蒸发量小，而黏土则下渗量小，蒸发量大，因此在同样条件下，砂上地区形成的地表径流往往较小，而地下径流却较大。
地表的植被能截留一部分水量，起到阻滞和延缓地表径流、增加下渗量的作用。在植被的覆盖下，土壤增温的速度减小，使蒸发减弱。在森林地区，高大的林冠可阻滞气流，使气流上升，增加降水量。植被根系对土壤的保持作用可防止水土流失，减少地面侵蚀。
总之，森林植被可以起到蓄水、保水、保土的作用，削减洪峰流量，增加枯水流量，调节径流的分配。
湖泊和沼泽是天然的蓄水库，大湖泊对河川径流的调节作用更为显著。干旱地区湖面的蒸发量极大，对河川径流量的影响十分明显。沼泽使河水在枯水期能保持均匀的补给，起到调节径流的作用。
人类活动也在一定程度上影响着河川径流的形成和变化。人工降雨和融冰增加了径流量；修筑水库可以调蓄水量：跨流域的调水工程改变了径流的地区分布不均匀性。其他如农田灌溉、封山育林等也会改变径流的分布。
洪水是因暴雨或其他原因，使河流水位在短时间内迅速上涨而形成的特大径流。当河流发生洪水时，河槽常常不能容纳所有的来水，洪水泛滥成灾，威胁沿岸的城镇、村庄、农田等。连续的暴雨是造成洪水的主要原因，大量冰雪融化也可造成洪水。流域内的降水分布、强度、暴雨中心的移动以及水系的性质都对洪水有一定的影响。
洪水按补给条件可分为暴雨洪水和冰雪融水洪水两类。暴雨洪水来势凶猛，常造成特大径流量，流量过程线峰段尖突。如发生在夏季，称为夏汛，发生在秋季则称为秋汛。我国大多数河流常受到暴雨洪水的威胁。因此，在水文研究上应引起特别重视。
我国北方河流常在春季天气回暖季节发生由冰雪融水造成的洪水，称为春汛或秋汛。冬季因局部河段封冻，使上游水位抬高，可引起局部性的洪水。冰雪融水洪水的特点是径流量较小，汛期持续时间长，流量过程线变化不如暴雨洪水明显。
按水的来源又可将洪水分为上游演进洪水和当地洪水两类。上游演进洪水是指河流上游径流量增大，使洪水自上而下推进，洪峰从上游到下游出现的时间有一段时间间隔。当地洪水是由所处河段的地面径流形成的，如全流域全部为暴雨所笼罩，则可造成特大的洪峰，危害性极大。如河南1975年8月发生的特大洪水是历史上非常罕见的。
对于同一条河流而言，一般上游洪峰比较尖突，水位暴涨暴落，变幅大；下游洪峰则渐趋平缓，水位变幅也变小。洪水的传播速度与河道的形状有关，如河道平直整齐，洪水的传播就快；如河道弯曲不规则，则洪水的传播较慢；若流经湖泊，则洪水的传播速度更慢。
洪水期间，同一断面上总是首先出现最大比降，接着出现最大流速，然后出现最大流量，最后出现最高水位。
与洪水径流相对的是枯水径流。枯水是指断面上流量较小，通常发生在地表径流的后期，河水主要靠流域的蓄水量及地下水补给。枯水季节大部分发生在冬季，径流量明显变小。它与水力发电、航空、农田灌溉、工业用水和生活用水等有密切的关系。
枯水期径流量的大小与枯水前期降水量的大小有密切关系。前期降水量大，地下蓄水量多，地下径流量大，河流在枯水期尚能保持一定的水量。反之，如前期降水量小，土壤中地下水量少，则常造成河流流量小，甚至出现断流。流域地质条件影响着河流在枯水期的流量。如砂砾层常能储存较多的地下水，在枯水期可以补给河流。湖泊、沼泽、森林及水库等常可调节水量，从而增加河流枯水期的流量。径流是水循环的基本环节，又是水量平衡的基本要素，它是自然地理环境中最活跃的因素。从狭义的水资源角度来说，在当前的技术经济条件下，径流则是可以长期开发利用的水资源。河川径流的运动变化，又直接影响着防洪、灌溉、航运和发电等工程设施。因而径流在水资源利用方面有着举足轻重的地位和作用。