Реки характеризуются весьма неравномерным распределением стока во времени. Большинство рек России проносят 60–70% объёма воды за сравнительно короткий период весеннего половодья. В это время талая вода стекает по промёрзшей и хорошо увлажнённой поверхности водосборов с наименьшими потерями на фильтрацию и испарение. Именно в период половодья реки чаще всего выходят из берегов и затапливают прилегающие территории (см. Наводнение). Летом и зимой обычно наблюдается маловодье – межень, когда реки питаются подземными водами, ресурсы которых тоже в значительной мере пополняются в весенний период. Летом большая часть осадков расходуется на испарение, до уровня грунтовых вод и тем более до рек доходит лишь небольшая часть атмосферных осадков. Зимой выпавшие осадки аккумулируются в виде снега. Лишь осенью на российских реках бывают небольшие паводки.
Реки Дальнего Востока и Кавказа отличаются от равнинных рек России по гидрологическому режиму. Первые разливаются осенью – во время муссонных дождей; на кавказских реках максимальные расходы воды наблюдаются летом, когда тают высокогорные ледники и снежники.
Сток рек меняется от года к году. Нередко случаются маловодные и многоводные периоды, когда река характеризуется пониженной или, напротив, повышенной водностью. Например, в 1970-х на Волге наблюдалось маловодье, в связи с чем быстро падал уровень бессточного Каспийского моря, для которого Волга – основной поставщик воды. С 1978 наступила фаза повышенной увлажнённости в бассейне Волги, сток её ежегодно стал превышать средний многолетний, и уровень Каспийского моря стал повышаться, в результате чего затапливались прибрежные территории. Большая часть рек России ежегодно покрывается льдом. Продолжительность ледостава на севере России составляет 7–8 месяцев (с октября по май). Вскрытие рек ото льда – ледоход – одно из самых впечатляющих зрелищ, часто сопровождается наводнением.