Sông Cầu có lưu lượng lớn, lưu lượng trung bình nhiều năm là 135m3/giây. Chế độ nước sông Cầu phù hợp với chế độ mưa. Mùa lũ chiếm 75% lượng nước, mùa kiệt chỉ chiếm dưới 25% lượng nước cả năm. Sông Cầu có nhiều phụ lưu, những phụ lưu chính đều năm trong phạm vi Thái Nguyên, trừ con sông Cà Lồ chảy từ Vĩnh Phúc sang