Elven har sitt utspring sør i Teutoburger Wald i Nordrhein-Westfalen, og først i Niedersachsen blir den en relativt stor elv. Her er myrområdet Emsland kalt opp etter elven. I Meppen møter Ems den største sideelven Hase, før den så renner nordover, nær den nederlandske grensen og inn i Øst-Friesland.