三江源区河流密布、湖泊、沼泽众多，雪山冰川广布，是世界上海拔最高、面积最大、分布最集中的地区，湿地总面积达7.33万km2，占保护区总面积的24%。
1、河流湿地
三江源区河流主要分为外流河和内流河两大类，有大小河流约180多条，河流面积0.16 km2。外流河主要是通天河、黄河、澜沧江(上游称扎曲)三大水系，支流有雅砻江、当曲、卡日曲、孜曲、结曲等大小河川并列组成。流域总面积为237957 km2，多年平均总流量为1022.3 m3/s，年总径流量324.17亿m3，理论水电蕴藏量为542.7万kw。
长江发源于唐古拉山北麓格拉丹冬雪山，三江源区内长1217km，占干流全长6300km的19%。除正源沱沱河外，区内主要支流还有楚玛尔河、布曲、当曲、聂恰曲等，年平均径流量为177亿m3；黄河发源于巴颜喀拉山北麓各姿各雅雪山，省内全长1959km，占干流全长5464km的36%，主要支流有多曲、热曲等，年平均径流量232亿m3，占整个黄河流域水资源总量的49%，占三江源区总径流量的42%；澜沧江发源于果宗木查雪山，三江源区内长448km，占干流全长4600km的10%，占国境内干流全长2130km的21%，年平均径流量107亿立方米m3，占境内整个流域水资源总量的15%，占三江源区总径流量的22%。
2、湖泊湿地
三江源区是一个多湖泊地区，主要分布在内陆河流域和长江、黄河的源头段，大小湖泊近1800余个，湖水面积在0.5 km2以上的天然湖泊有188个，总面积0.51万km2。其中，矿化度1～3g/l以下的淡水湖和微咸水湖148个，总面积2623 km2。盐湖共计28个，总面积1480 km2，矿化度大于35g/l。列入中国重要湿地名录的有扎陵胡、鄂陵湖、玛多湖、黄河源区岗纳格玛错、依然错、多尔改错等。其中扎陵湖、鄂陵湖是黄河干流上最大的两个淡水湖，具有巨大的调节水量功能。
3、沼泽湿地
本区环境严酷，自然沼泽类型独特，在黄河源、长江的沱沱河、楚玛尔河、当曲河三源头、澜沧江河源都有大片沼泽发育，成为中国最大的天然沼泽分布区，总面积达6.66万km2。沼泽基本类型为藏北嵩草沼泽，而且大多数为泥炭沼泽，仅有小部分属于无泥炭沼泽。
长江源区有沼泽面积约1.43万km2，占江源区面积的13.9%。沼泽大多集中于江源区潮湿的东部和南部，而干旱的西部和北部分布甚少。从地势方面看，沼泽主要分布在河滨湖周一带的低洼地区，尤以河流中上游分布为多，当曲水系中上游和通天河上段以南各支流的中上游一带沼泽连片广布。以当曲流域沼泽发育最广，沱沱河次之，楚马尔河则较少，显示长江源区的沼泽东部远多于西部地区。在唐古拉山北侧，沼泽最高发育到海拔5350m，达到青海高原的上限，是世界上海拔最高的沼泽。黄河河源区沼泽发育受到半干旱特征限制，主要分布于河源约古嵩到曲、两湖周围及星宿海地区。澜沧江源区大小沼泽总面积为325 km2，占江源区土地总面积的3.1%。主要集中在干流扎那曲段和支流扎阿曲、阿曲(阿涌)上游。其中，较大的沼泽群有扎阿曲、扎尕曲间沼泽、阿曲、干流扎那曲段流域内沼泽。
4、雪山冰川
三江源内雪山、冰川约2400km2，冰川资源蕴藏量达2000亿m3，现代冰川均属大陆性山地冰川。长江流域主要分布在唐古拉山北坡和粗尔肯乌拉山西段，昆仑山也有现代冰川发育。以当曲流域冰川覆盖面积最大，沱沱河流域次之，楚玛尔河流域最小，冰川总面积1247 km2，冰川年消融量约9.89 m3。雪山冰川规模以唐古拉山脉的各拉丹冬、尕恰迪如岗及祖尔肯乌拉山的岗钦3座雪山群为大，尤以各拉丹冬雪山群最为宏伟。黄河流域在巴颜喀拉山中段多曲支流托洛曲源头的托洛岗(海拔5041m)，有残存冰川约4 km2，冰川储量0.8亿m3，域内的卡里恩卡着玛、玛尼特、日吉、勒那冬则等14座海拔5000 m以上终年积雪的多年固态水储量，约有1.4亿m3。澜沦江源头北部多雪峰，平均海拔5700米，最高达5876米，终年积雪，雪峰之间是第四纪山岳冰川，东西延续34km长、南北12km宽的地带。面积在1 km2以上的冰川20多个。澜沧江源区雪线以下到多年冻土地带的下界，海拔4500m～5000m，呈冰缘地貌，下部因热量增加，冰丘热融滑塌、热融洼地等类型发育。山北坡较南坡冰舌长1倍以上，冰舌从海拔5800m雪线沿山谷向下至末端海拔5000m左右，最长的冰舌长4.3km。源区最大的冰川是色的日冰川，面积为17.05 km2，是查日曲两条小支流穷日弄、查日弄的补给水源。
5、地下水
三江源区不但水资源蕴藏量多、地表径流大，而且地下水资源也比较丰富，据估算，仅玉树州的地下水贮量就约达115亿m3。地下水属山丘区地下水，分布特征主要为基岩裂隙水和碎屑岩空隙水。地下水补给方式主要为降水的垂直补给和冰雪融水。