Sông ngòi Hà Tĩnh có thể chia làm 3 hệ thống:
- Hệ thống sông Ngàn Sâu: có lưu vực rộng 2.061 km2; có nhiều nhánh sông bé như sông Tiêm, Rào Trổ, Ngàn Trươi.
- Hệ thống sông Ngàn Phố: dài 86 km, lưu vực 1.065 km2, nhận nước từ Hương Sơn cùng với Ngàn Sâu đổ ra sông La dài 21 km, sau đó hợp với sông Lam chảy ra Cửa Hội.
- Hệ thống cửa sông và cửa lạch ven biển có: nhóm Cửa Hội, Cửa Sót, Cửa Nhượng, Cửa Khẩu.
Các hồ đập chứa trên 600 triệu m3 nước, cùng với hệ thống Trạm bơm Linh Cảm, hệ thống Sông La, Ngàn Sâu, Ngàn Phố thì lượng nước phục vụ cho sinh hoạt, công nghiệp và tưới cho cây trồng ở Hà Tĩnh là khá lớn.
Biển, bờ biển
Hà Tĩnh có bờ biển dài 137 km. Do chế độ thuỷ triều, độ sâu, địa mạo, địa hình, đường đẳng sâu đáy biển, gió mùa Đông Bắc... nên vùng biển này có đầy đủ thực vật phù du của Vịnh Bắc Bộ (có 193 loài tảo) và lượng phù sa của vùng sông Hồng, sông Cả, sông
Mã tạo ra nhiều nguồn thức ăn cho các loại hải sản sinh sống, cư trú. Trữ lượng cá 8 - 9 vạn tấn/năm; tôm, mực, moi... 7 - 8 ngàn tấn/năm nhưng mới khai thác được 20 - 30%.
Biển Hà Tĩnh có 267 loài cá thuộc 97 họ trong đó 60 loài có giá trị kinh tế cao, có 27 loài tôm; vùng ven biển rất thuận lợi cho việc sản xuất muối và nuôi tôm, cua, ốc, nghêu, hàu...
Vùng biển Hà Tĩnh luôn có hai dòng hải lưu nóng ấm, mát lạnh chảy ngược, hoà trộn vào nhau. Một dòng cách ven bờ khoảng 30 - 40km, dòng khác ở ngoài và sâu hơn. Vùng có hai khối nước hỗn hợp pha trộn thường nằm ở độ sâu 20 - 30m, vùng này cá thường tập trung sinh sống. Nhiệt độ nước bề mặt cũng thay đổi theo mùa, nhiệt độ cực đại vào tháng 7, tháng 8 có giá trị tuyệt đối khoảng 30 - 31oC và cực tiểu vào tháng 12 đến tháng 3 khoảng 18 - 220C, nhiệt độ nước cũng tăng dần lên theo hướng Nam và Đông Nam.
Độ mặn nước biển (tầng mặt, tầng đáy) dao động từ 5 - 7% tuỳ thuộc vào lượng mưa, thời tiết các tháng trong năm. Đặc biệt, với khối nước ven bờ thì độ mặn biến thiên rất lớn về mùa mưa. Hàm lượng muối dinh dưỡng Phốt phát từ 5 - 12 mg/m3 và Silic từ 90mg/m3, tuy có nghèo hơn phía Bắc vùng vịnh nhưng nhờ nhiệt độ cao hơn quanh năm và lượng ô-xy hoà tan phong phú nên chu trình chuyển hoá của muối dinh dưỡng hữu cơ sang vô cơ xảy ra trong thời gian ngắn hơn.
- Hải đảo: Cách bờ biển Nghi Xuân 4km có hòn Nồm, hòn Lạp; ngoài khơi Cửa Nhượng có hòn Én (cách bờ 5km), hòn Bơớc (cách bờ 2km); ở nam Kỳ Anh cách bờ biển 4km có hòn Sơn Dương độ cao 123m, xa hơn phía Đông có hòn Chim nhấp nhô trên mặt nước.