La rivière Nahanni Sud prend sa source dans la chaîne Selwyn, dans les monts Mackenzie, à 200 km au nord-ouest de la limite occidentale du parc. Elle se caractérise par une forte fluctuation de débit selon les saisons. Ses flots sont dominés par le dégel au printemps et son débit atteint son paroxysme en juin. Le débit est relativement élevé en juillet, août et septembre. Pendant l'été, la rivière est susceptible de déborder à cause des précipitations. Le niveau d'eau est faible en automne et en hiver. La pente moyenne de la Nahanni Sud dans les limites du parc est de 1,4 m par km.

La rivière Flat est le principal affluent de la Nahanni Sud et la deuxième rivière du parc en importance. Elle aussi prend naissance dans la chaîne Selwyn et sa pente moyenne est de 2,28 m par km, soit 60 p. 100 plus forte que celle de la Nahanni Sud. Quant à la rivière Rabbitkettle, il s'agit du deuxième affluent de la Nahanni Sud en importance. Comme les deux premières, elle prend sa source dans la chaîne Selwyn.

Le bassin hydrographique de la Nahanni Sud consiste en vallées montagneuses escarpées, débris glaciaires et sédimentation de lit d'anciens lacs. Les rivières et cours d'eau constituent le principal attrait aquatique de la réserve de parc national Nahanni. En général, c'est à la fin de juin que le débit atteint sa hauteur maximale, résultat de la fonte des neiges dans les hautes terres. Le débit ralentit pendant la belle saison, mais est largement tributaire des précipitations. De nombreux cours d'eau sont saisonniers et l'influence des eaux souterraines sur leur débit est inconnue.

Le parc compte relativement peu de lacs. Les quatre plus grands varient en taille de 61 à 345 hectares. Tous les autres sont de moindre taille, certains ne dépassant pas les 25 hectares. Les plans d'eau stagnante vont des bassins d'eau de fonte glaciaire en altitude, improductifs, aux lacs peu profonds, légèrement plus productifs, à basse altitude. Étant donné cette variété, la diversité des espèces varie d'un lac à l'autre. En général, les lacs peu profonds, situés à faible altitude, abritent une faune aquatique plus diversifiée que les lacs situés en altitude, bien qu'ils soient nombreux à ne pas contenir de poissons. À Nahanni, la saison des eaux libres est relativement brève.

La réserve de parc national Nahanni représente un défi unique en matière de gestion et de protection des ressources aquatiques. Un des facteurs en présence est la situation boréale du parc, laquelle influence la productivité de la vie aquatique dans les rivières, lacs et cours d'eau. La croissance plus lente des poissons au nord, par exemple, augmente leur sensibilité à la surpêche. Un autre facteur réside dans le fait que le parc ne préserve qu'une petite partie (un septième) du bassin de la Nahanni Sud. En effet, le risque que les espèces aquatiques soient exposées aux effets négatifs d'activités d'extraction en amont ou d'autres activités au-delà des limites du parc s'en trouve augmenté. Pour atténuer les répercussions de ces activités, le personnel du parc travaille en étroite collaboration avec des partenaires extérieurs, au sein de l'Écosystème de la grande région Nahanni .