Свое название река получила от древних кельтов, называвших ее Тамесас. Наиболее правдоподобный вариант перевода этого слова «темная вода»: в те времена вокруг Темзы были сплошные болота. Когда Британские острова заняли римляне, они стали произносить это название как Тамес: в окрестностях Оксфорда найден глиняный черепок с названием реки на латыни. Впоследствии в английском языке это название трансформировалось в Темзу. Для матросов, служивших на торговых судах, в течение многих веков Темза оставалась «Лондонской рекой». Сами же лондонцы называют ее просто «река»: «Я живу к югу от реки».
Темза начинается на холмистой возвышенности Котсуолд-Хилс, в западной части центральной Англии, на территории графств Оксфордшир и Глостершир. Район истоков Темзы — одна из официально признанных в Великобритании «территорий выдающейся естественной красоты».
Основное течение реки проходит в широкой долине с пологими склонами, по равнинам Лондонского бассейна. Русло очень извилистое, часто разветвляется, образуя многочисленные острова. Темза впадает в Северное море, образуя широкий эстуарий: однорукавное воронкообразное устье, расширяющееся в сторону моря и образовавшееся в результате многолетнего смыва речных наносов морскими приливами. Воронкообразная форма эстуария вызывает критическое повышение уровня воды в горловине и при сильных наводнениях приводит к разрушению дамб и катастрофическим затоплениям окружающих равнин.
Саутенд-он-Си устроился в эстуарии Темзы — и одновременно на берегу Северного моря. Будучи морским курортом, на протяжении последних двухсот лет этот город обладает самым длинным в мире пирсом для досуга и развлечений, его длина 2158 м.