La Tamise est formée par la jonction de deux rivières, dont l'une, le Churn, naît au Sud de Cheltenham, et se grossit de la source de Thames Head, à 115 m d'altitude; l'autre, l'Isis, vient de l'Ouest. Le confluent est à Cricklade, où le Churn a parcouru 32 km et l'Isis 16 km. La Tamise, se dirigeant vers l'Est, passe à Lechdale, où elle commence à porter bateau; à Oxford, où elle se renforce du Cherwell venu du Nord, descend au Sud par Abingdon et Dorchester jusqu'à Reading, où elle reprend la direction de l'Est, mais en décrivant des sinuosités. Elle baigne Maidenhead, Windsor, Kingston, Londres, Greenwich, Woolwich, Gravesend et débouche dans la mer du Nord au large de Shernen; on fixe son embouchure au banc de sable et au phare de Nore. Eu ce point elle a près de 10 km de large. 
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La Tamise à Londres, par Thomas Bowles, 1794.

Son régime hydrographique est très régulier en raison de l'égale répartition des pluies; mais son cours est troublé par les nombreuses écluses et barrages établis par en amont de Teddington; en sorte que de légères crues peuvent provoquer des inondations. Le débit moyen est de 37 mètres cubes par seconde, l'étiage de 20 mètres cubes, le maximum de 390 mètres cubes.

Officiellement, la Tamise maritime, appelée Poole, commence au pont de Londres (London Bridge) et s'étend jusqu'à une ligne menée du cap North Foreland à la pointe de Harwich. La marée remonte jusqu'à l'écluse de Teddington, à 29 km en amont du pont de Londres. Elle monte de 4 à 6 m avec une vitesse de 3 à 5 km par heure; la profondeur jusqu'au pont de Londres est d'au moins 3,6 m suffisante pour des vaisseaux de 800 tonnes. Les prairies riveraines sont à 1 m au-dessous du niveau des hautes mers. La largeur de la Tamise est de 731 m à Gravesend, 244 au pont de Londres. 
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La Tamise et le château de Windsor (Angleterre).

Les principaux affluents de la Tamise sont : la Coln (40 km), qui passe à Fairford; la Cole (dr.); le Leach (g.) ; le Windrush (g.), qui passe à Witney; l'Ennis ou Glyme (g.), qui passe à Woodstock; le Cherwell (g.; 64 km), qui passe à Banbury ; l'Ock (dr.) ; la Thame (g.), venue d'Aylesbury et longeant à l'O. les Chiltern Hills; le Kennet (dr.), venu du plateau de Marlborough par Marlborough, Hungerford, Newbury et Reading, et grossi au Nord du Lambourn; le Loddon (dr.), qui passe à Bannigstoke; la Colne (g. ; 50 kil.), qui passe à Watford, Uxbridge, Colnbrooke et se divise en plusieurs bras; le Wey (dr.), qui passe à Farnham, près du camp d'Aldershot, à Guildford; la Brent (g.; 26 kil.); la Mole (dr.), qui vient du Weald et traverse à Dorking la chaîne des North Downs; la New River et la Lea, qui débouchent à Londres; le Roding (g.), qui passe à Ilford et Barking; la Darent (dr.), qui passe à Seven Oaks et Dartford.