Un bassin versant ou bassin hydrographique est une portion de territoire délimitée par des lignes de crête, dont les eaux alimentent un exutoire commun : cours d'eau ou lac. La ligne séparant deux bassins versants adjacents est une ligne de partage des eaux. Chaque bassin versant se subdivise en un certain nombre de bassins élémentaires correspondant à la surface d'alimentation des affluents se jetant dans le cours d'eau principal.

Chaque bassin versant se caractérise par différents paramètres géométriques (surface, pente), pédologiques (nature et capacité d'infiltration des sols), urbanistiques (présence de bâti) mais aussi biologiques (type et répartition de la couverture végétale). On peut également y distinguer trois types de continuité :

• une continuité longitudinale, de l'amont vers l'aval (rus, ruisseaux, rivières, fleuves).
• une continuité latérale, des crêtes vers le fond de la vallée.
• une continuité verticale, des eaux superficielles vers les eaux souterraines et inversement.

Sa connaissance est fondamentale dans toute étude hydrologique : hydraulique urbaine, analyse de la qualité des eaux, prospections de captages, plans de prévention des risques d'inondation, etc...

L'étendue des bassins versants est très inégale : celui de l'Amazone en Amérique du Sud s'étend sur 6 150 000 km² alors que les bassins britanniques sont petits. Certaines régions sont dépourvues de bassins faute de cours d'eau : ce sont les déserts aréiques.

Un bassin versant supporte un réseau fluvial qui peut être hiérarchisé ou élémentaire. Le réseau fluvial varie en densité en fonction de la nature des roches. Ainsi, on aura beaucoup de cours d'eau en terrain argileux, beaucoup moins en terrain calcaire.