Le cours d’eau évolue dans une vallée au relief plus ou moins marqué. Il s’écoule la majeure partie du temps dans son lit mineur, délimité de part et d’autre par des berges. Il peut en déborder en cas de crue : l'espace maximal sur lequel il peut s'étendre correspond alors au lit majeur, qui n'est entièrement recouvert d'eau que lors des crues les plus importantes. Sur les berges se développent des arbres et des arbustes adaptés à cet environnement humide : ils constituent la ripisylve.
Sous le lit majeur, des sédiments, comme le sable et le gravier, se sont lentement entassés au cours de multiples crues. De l'eau s’écoule dans ces sédiments, constituant la nappe alluviale. Elle est en interaction avec le cours d’eau : des échanges d’eau peuvent avoir lieu dans les deux sens.

Sur le long terme, la forme et la position d’une rivière dans sa vallée ne sont pas fixes. Les crues augmentent la capacité de l’eau à déplacer les sédiments (sables, graviers, galets, etc.). Là où le courant est fort, les sédiments sont emportés. Localement, la berge peut alors reculer sous l’effet de cette érosion. Simultanément, les sédiments se déposent dans les secteurs où le courant est moindre, notamment le long des berges. Ainsi, au fil des siècles et des crues, le cours d’eau se déplace lentement dans sa vallée et modifie le paysage.

Phénomène naturel, cette divagation peut être entravée par la construction de digues ou l’aménagement des berges. De même, la présence d’obstacles interrompt le transit sédimentaire : les sédiments emportés par les torrents et les ruisseaux à l’amont du bassin versant sont par exemple interceptés par les barrages. Ils s’accumulent alors derrière ces obstacles et ne participent plus à la dynamique sédimentaire du cours d’eau. Tous ces aménagements peuvent avoir des conséquences néfastes pour le milieu, par exemple en accentuant le phénomène d’érosion plus loin en l’aval
En savoir plus sur l’érosion et l’artificialisation des milieux

Les facteurs naturels, comme la pente, la géologie ou la taille du bassin versant, déterminent la forme du cours d’eau. L’évolution progressive de ces paramètres de l’amont vers l’aval explique le changement de forme du cours d’eau : torrents à forte pente près des sources, ruisseaux sinueux lorsque le relief diminue, rivières à faible pente en secteur de plaine, etc.

De ces facteurs découle une grande diversité d’habitats. La nature de ces habitats diffère selon leur emplacement dans le bassin versant et peut varier d’une région à une autre sous l’influence du climat, mais un habitat est toujours l’association d’un milieu particulier avec une flore et une faune spécifiques.

Les données de qualité des eaux de surface continentales (cours d’eau et plans d’eau) sont accessibles sur le site Naïades.
Consultez les paramètres physiques, les concentrations de substances chimiques, les inventaires d'espèces et l'hydromorphologie sur environ 5 000 stations de mesure.

Les données d’inventaire d’espèces (dont les espèces aquatiques) sont accessibles sur le site de l’INPN.
Consultez les données de plus de 178 000 espèces.

En permettant la connexion entre l’amont et l’aval pour les espèces « mobiles » (comme les poissons), le cours d’eau est un élément essentiel de la continuité écologique dans le bassin versant. Il joue ainsi un rôle de corridor écologique pour de nombreuses espèces. Lorsqu’il déborde, il communique temporairement avec d'autres milieux environnants, permettant ainsi la connexion d’habitats naturels entre eux.

Les cours d’eau sont des milieux de vie pour de nombreuses espèces aquatiques, animales ou végétales. Certaines y effectuent l’intégralité de leur cycle de vie. Pour d’autres, il s’agit seulement d’un lieu de reproduction ou d’approvisionnement en eau.

La flore est constituée de différents types de végétaux qui poussent sur les rives et sur le fond, et qui se répartissent selon leur tolérance à l'inondation. Les hydrophytes - comme le cresson de ruisseau - vivent complètement immergées, fixées au lit du cours d'eau ou flottant librement dans les zones de faible courant.

Les hélophytes sont semi-aquatiques et leurs feuilles sont émergées au moins en partie. Ces espèces peuvent se développer dans le lit du cours d'eau lorsque la hauteur d'eau est faible et le fond suffisamment vaseux pour que les racines s'y attachent. Elles occupent par ailleurs les berges. C'est le cas des roseaux ou de certains joncs.

D'autres plantes vivent à proximité du cours d'eau. Des arbres et arbustes s'implantent sur les berges et constituent la ripisylve. En s'éloignant du cours d'eau, les espèces observées sont de moins en moins tolérantes à l'inondation.

Certains poissons ne fréquentent que les cours d'eau - le brochet par exemple - alors que d'autres sont migrateurs et passent une partie de leur vie en mer : c’est le cas par exemple de l'anguille ou du saumon.
Les invertébrés peuvent être strictement aquatiques : c’est le cas des sangsues ou des écrevisses. Ils peuvent également n'occuper le cours d'eau qu'une partie de leur vie : par exemple, les libellules pondent leurs œufs sur le lit, où les larves vont rester jusqu'à leur métamorphose vers le stade adulte.

Retrouvez sur le Portail National des données sur les Poissons Migrateurs (Ponapomi) les données portant sur 11 espèces migratrices de France métropolitaine, et accédez à des informations complémentaires.

Comme leur nom l'indique, les amphibiens ne sont pas strictement aquatiques, mais s'éloignent rarement de l'eau car ils tolèrent mal la déshydratation. Généralement, leurs larves se développent dans l'eau. Par exemple, les têtards de la grenouille verte s'observent dans les cours d'eau dont l’écoulement est lent.

Quelques reptiles, comme la couleuvre à collier, viennent pour s'y nourrir. Plusieurs espèces d'oiseaux vivent aux abords des cours d’eau, tel le canard colvert. Le martin pêcheur se nourrit de petits poissons et a besoin de rives naturelles pour pouvoir y creuser son terrier. Enfin, si beaucoup de mammifères n'y viennent que pour boire, d’autres en sont strictement dépendants, comme la loutre d’Europe.

D'autres espèces moins visibles peuplent les cours d'eau. Ce sont notamment des bactéries, des champignons et des algues microscopiques. Elles peuvent flotter librement dans l'eau : elles sont dites planctoniques. D’autres sont fixées au fond ou à la surface de plantes ou de rochers : elles sont qualifiées d'organismes benthiques.
Malgré leur petite taille, toutes ces espèces jouent un rôle dans la chaîne alimentaire du cours d'eau. Elles peuvent par exemple être consommées par des invertébrés planctoniques ou des mollusques.

Toutes ces espèces n'ont pas les mêmes besoins. Leur présence dépend de la nature du cours d'eau et de son environnement : les écrevisses vivent plutôt dans des torrents frais et oxygénés de moyenne altitude, alors que le castor s'installe dans les rivières de plaine.

Les espèces sont aussi sensibles à la qualité de l'eau : certaines disparaissent à la première pollution et sont remplacées par d'autres, plus résistantes. Pour cette raison, plusieurs groupes d’espèces, particulièrement sensibles, servent de “bio-indicateurs” pour évaluer la qualité écologique d'un cours d'eau (plus sur la qualité écologique des cours d’eau).

Les six Agences de l'eau, établissements publics du ministère chargé du développement durable, mettent en œuvre les objectifs et les dispositions des schémas directeurs d’aménagement et de gestion des eaux (SDAGE, plans de gestion français de la directive cadre sur l’eau et leur déclinaison locale, les SAGE), en favorisant une gestion équilibrée et économe de la ressource en eau et des milieux aquatiques, l’alimentation en eau potable, la régulation des crues et le développement durable des activités économiques.
Elles ont pour missions de contribuer à réduire les pollutions de toutes origines et à protéger les ressources en eau et les milieux aquatiques.