حوضه آبریز رودخانه ارس
حوضهٔ آبریز رودخانه ارس شامل بیش از نیمی از مساحت استان اردبیل و بخش‌هایی از استان‌های آذربایجان شرقی و آذربایجان غربی است. آبراههٔ اصلی حوضه، رود ارس است که شاخهٔ اصلی آن از کوه هزاربرکه در جنوب ارزروم ترکیه سرچشمه می‌گیرد و بخشی از مرز ترکیه و ارمنستان را شکل می‌دهد. در شمال شرقی روستای دیم‌قشلاق وارد مرز ایران می‌شود و در مرز ایران با ارمنستان و آذربایجان امتداد می‌یابد تا این که در شرق پارس‌آباد وارد جمهوری آذربایجان می‌شود. مهم‌ترین شاخه‌های این رود در ایران، زنگمار، قطورچای و دره‌رود هستند که از کوه‌های آذربایجان سرچشمه می‌گیرند و در جهت شمال جریان می‌یابند.
حوضه آبریز دریاچه ارومیه
حوضهٔ دریاچهٔ ارومیه در استان‌های آذربایجان شرقی و غربی و کردستان قرار دارد. مرز غربی آن ارتفاعات مرزی ایران و ترکیه است. بلندترین ارتفاعات این حوضه شامل سبلان به ارتفاع ۴٬۸۱۱ متر و سهند به ارتفاع ۳٬۷۰۷ متر هستند و پایین‌ترین نقطهٔ حوضه، دریاچهٔ ارومیه به ارتفاع متوسط ۱٬۲۸۰ متر است. میانگین بارندگی حوضه ۵۵۰ میلی‌متر است و منشأ اصلی آن، جریان‌های مدیترانه‌ای است. رودهای عمدهٔ حوضه در نیمهٔ جنوبی آن قرار دارند و مهم‌ترین آن‌ها آجی چای، زرینه‌رود، سیمینه‌رود، مهابادرود، باراندوزچای، زولاچای و نازلی‌چای هستند. از سوی دیگر، رودهای بخش شمالی عمدتاً دارای حوضه کوچک و کم‌آب هستند.