世界上的大沙漠，如777萬平方千米的撒哈拉沙漠、65平方千米的魯蔔哈利沙漠，幾乎沒有一條像樣的河流。相比之下我國塔裡木盆地中的塔克拉瑪幹沙漠，面積約34萬平方千米，簡直是“河道縱橫，水網密布”。

塔裡木盆地按照逆時針方向，由天山山脈、帕米爾高原、昆侖山脈、阿爾金山圍成。塔裡木盆地呈橢圓形，東西最長約1500公裡，南北最寬約600公裡，總面積約53萬平方公裡。塔裡木盆地海拔高度在800至1300米之間，地勢西高東低，東部羅布泊是盆地最低處，也是積鹽中心，海拔約780米。

塔裡木盆地的邊緣為山麓、戈壁和綠洲（沖積平原），中部是塔克拉瑪幹沙漠，這裡是世界上距離海洋最遠的地方。由于塔裡木盆地高山環繞，海洋的濕潤氣流很難到達，盆地年降雨量極少，塔克拉瑪幹沙漠幾乎終年不雨。

塔克拉瑪幹沙漠是世界第十大沙漠，東西最長約1000公裡，南北最寬約400公裡，面積約34萬平方公裡。塔克拉瑪幹沙漠并不完全是沙子，四周有河流，甚至南北還有河流縱穿，這些連在一起的河流都注入塔裡木河。

塔裡木河主源為葉爾羌河，發源于喀喇昆侖山特力木坎力峰東南麓，沿塔克拉瑪幹沙漠北緣注入羅布泊，全長2327千米，是中國最長的内流河。葉爾羌河、喀什噶爾河、阿克蘇河、和田河先後彙流後，稱為塔裡木河，此後塔裡木河幹流分為上中下三段。

羊吉巴紮以上為上段，此段河床不分叉，側蝕強烈，曲流發育，河床不穩定；羊吉巴紮到群克為中段，這裡叉道、湖沼衆多，洪水期水流漫溢分散，主流常改道；群克以下為下段，河道複舊統一。

塔裡木河全部流經沙漠地帶，河床一般為粉沙、沙壤土，極易沖刷。塔裡木河中遊經常改道，河道含沙量大，約為4.1-5.0千克/立方米。中遊地區沖淤變化頻繁，形成南北寬達上百千米的沖積平原。

塔裡木河主源和重要支流：葉爾羌河、喀什噶爾河、和田河、孔雀河。

葉爾羌河，發源于喀喇昆侖山北坡海拔7464米的特力木坎力峰東南麓特拉木坎力冰川，長約1280千米，平均流量約210立方米/秒。

喀什噶爾河，上源是克孜勒蘇河，在喀什改稱喀什噶爾河，長約1200公裡，平均流量約146立方米/秒。

和田河，發源于神仙灣附近喀喇昆侖山南端的開拉斯山，主源為喀拉喀什河，過阿克賽欽盆地，經墨玉綠洲，與玉龍喀什河彙流成和田河，與葉爾羌河交彙後稱葉爾羌河。

和田河長約1127千米，從南往北縱穿沙漠，洪水季節注入塔裡木河，但和田河一年約有9-10個月隻流到和田以北便斷流。平均流量約73立方米/秒。

阿克蘇河，由托什幹河與昆瑪拉克河彙流而成，長224千米，平均流量約249 立方米/秒，為塔裡木河水量最大一級支流。

孔雀河，源頭來自博斯騰湖，長約785千米，平均流量約38立方米/秒。塔裡木河下遊水量越來越少，古代與孔雀河彙流後仍稱孔雀河，注入羅布泊。現在塔裡木河向東南方向改道，孔雀河修了到塔裡木河的人工河，孔雀河已經也沒有水注入羅布泊了，但塔裡木河的水可以流入東南方向的台特瑪湖。

總的來說，塔裡木盆地四周高山多，冰雪融水也多，這是撒哈拉沙漠、魯蔔哈利沙漠等無法望其項背的。