流经大稻埕、社子，至关渡附近与支流基隆河会合前，亦形成台北市西方与新北市的自然边界。基隆河自盆地东北边流入，经南港、松山、内湖、士林、北投等地，横贯台北盆地的北半部。过去因河道极为弯曲，每遇大雨常有水患，因此在南港至士林间的部分河道实施过截弯取直工程。景美溪系由盆地东南边流入，横贯文山区后于景美注入新店溪。另有发源于盆地北侧山区的磺溪、外双溪等河流，汇集后注入基隆河。
气候.台北市位于北纬25度线附近的海岛上，地处东亚大陆与太平洋之间，深受干冷的蒙古高气压与暖湿的太平洋高气压交互影