Наиболее крупная река Урал является транзитной, но основная часть ее стока формируется в области за счет главного притока - Сакмары. Две крупные реки Сакмара и Илек берут начало соответственно в Башкирии и в Казахстане и впадают в Урал уже в пределах области. Большинство других значительных рек (Самара, Чаган, Большой и Малый Кинель, Дема, Тобол) имеют в области истоки и значительную часть водосборной площади, но уходят своими нижними течениями за ее пределы. Сток остальных средних и малых рек полностью формируется на территории области.
Почти все реки относятся к бассейну Каспийского моря, распределяясь между бассейнами Урала и Волги. Река Тобол принадлежит бассейну Оби и Карского моря. На крайнем юго-востоке область имеет бессточный бассейн степных озер Жетыколь, Шалкарегакара и Айке.