Преобладаващият среднопланински и високопланински релеф, заедно с обилните валежи и голямата залесеност, определят значителната водоносност и режима на водите. Средногодишната водоносност в Западните Родопи е от 4 л/с/км2 в подножието и котловинните полета до 28 л/с/км2 в най-високите билни части. Най-големи водни количества в Западните Родопи протичат през пролетния сезон. С най малки величини в сезонното разпределение на оттока е лятно-есенният период (от 8 до 25% от годишния отток). Подхранването на реките по време на маловодието става главно с подземни води, а валежите имат малък хидроложки ефект.
Преходните и континентално-средиземноморски климатични условия и голямата обезлесеност на склоновете в Източните Родопи оказват значително влияние върху водоносността и режима на реките. Под влияние на обилните валежи и относително малкото изпарение през периода на пълноводие, водоносността в източните Родопи е значителна (5-20 л/с/км2). Силната обезлесеност и голямото засушаване през лятото и началото на есента довеждат до изчерпване на запасите от подземни води и формиране на маловодие. Голяма част от малките и някои от средните по големина реки пресъхват и се превръщат в суходолия. Най-големи водни количества (45% от годишния отток) протичат в реките през зимния период. Летният отток е съвсем малък и едва достига 10%. Най-значителна река в Източните Родопи е Арда.
В окарстените мрамори на Родопите има значителни количества карстови подземни води. Някои от карстовите извори са с голям дебит – Клептуза при Велинград, изворите при село Три водици, четиридесетте карстови извора, източно от Асеновград и др. По разломите бликат топли минерални извори.