این استان همواره تحت تأثیر باد‌های سرد شمالی و سیبری و بادهای مرطوب دریای سیاه و مدیترانه و اقیانوس اطلس قرار گرفته است. به‌ علاوه، بادهای محلی نیز تحت تأثیر شرایط طبیعی استان از سوی كوهستان‌های بلند و دریاچه‌های ارومیه و خزر به سوی دشت‌ها و جلگه‌ها می‌وزند.

بادهای شرقی: این بادها به زبان محلی «مه یلی» (باد مه) خوانده می‌شوند. بادهای شرقی در تمام فصول سال، از سوی شرق استان می‌وزند. بادی است سرد و مرطوب که غالباً در فصول گرم موجب ریزش باران و در زمستان سبب ریزش برف می‌شود.

بادهای غربی: باد غربی را در محل «آق یلی» (باد سفید) و یا «گرمیج» می‌نامند. این باد برخلاف بادهای شرقی، از غرب استان می‌وزد که در تبخیر و خشکانیدن زمین مؤثر بوده و به دنبال آن حرکت ابرهای باران‌زا شروع شده و منجر به ریزش باران می‌شود. باد غربی رطوبت دریای مدیترانه را با خود به همراه می‌آورد.

بادهای محلی: در نواحی مختلف آذربایجان شرقی، شرایط طبیعی محل، موجب پیدایش بادهای محلی گردیده که مشخصات و ویژگی‌های متفاوتی دارند مانند: مراغه یلی (باد مراغه)، هشتری یلی (باد هشترود)، باد ده روزۀ ملکان، وعده یلی (باد وعده) که در اهر و تبریز می‌وزد، قره یلی (باد سیاه) در سراب، گچی قران یلی (باد بزکش) که در ارتفاعات سهند می‌وزد

تالاب قوری گل: تالاب قوری گل در 42 کیلومتری شرق تبریز در کنار جاده تبریز- تهران واقع است. مساحت تقریبی آن 245 هکتار و عمق متوسط آن 5/4 متر است. منابع تأمین‌کننده آب قوری گل، آب‌های جاری ناشی از برف و باران و تعدادی چشمه‌های زیرزمینی است که در کف آن قرار دارد. این دریاچه از سال 1348 خورشیدی از مناطق حفاظت‌شده اعلام گردیده و از سوی شرکت شیلات، برنامه تکثیر و پرورش ماهی در آن به مرحله اجرا گذارده شده است. این تالاب با چشم‌اندازی زیبا، ویژگی زیستی منحصر به فرد یکی از جاذبه‌های طبیعی استان است و محیط مناسبی برای رشد انواع گیاهان و پرندگان آبزی از جمله پرندگان نادر و کمیاب مانند اردک سفید می‌باشد.

تالاب آلماگلی: اين تالاب در ارتفاع 2400 متری در جنوب شرقی ارتفاعات سهند قرار دارد و 20 هكتار مساحت دارد. تالاب پوشيده از نيزار و گياهان آبزی است كه از نظر لانه‌گزينی  پرندگانی نظير سرسبز و چنگر شرايطی مناسب دارد و به همين دليل دارای ارزش تفرجگاهی نیز می‌باشد.
تالاب خرمالو: اين تالاب  در 42 كيلومتری جنوب غربی اهر قرار دارد و تالاب دائمی است كه علاوه بر استفاده‌های كشاورزی، در فصل زمستان مورد استفاده پرندگان مهاجر قرار می‌گيرد.
 تالاب قوشا گلی: اين تالاب در 31  كيلومتری جنوب غربی هشترود قرار دارد و تالابی نيزاری است.
تالاب قره قشلاق: منطقه تالابی قره قشلاق در كناره‌های جنوب شرقی درياچه اروميه قرار دارد و به لحاظ شرايط خاص طبيعی، زيستگاه بسيار مناسبی برای پرندگان آبزی و كنار آبزی و علف‌چَر می‌باشد. اين تالاب  به عنوان تالاب بين‌المللی شناخته شده است.

 تالاب قبادلو: اين تالاب در 22 كيلومتری شمال غربی عجب شير بالاتر از بندر رحمانلو قرار دارد و بخشی از پرندگان تالاب‌های حاشيه‌ای درياچه اروميه را، به خود جذب می‌كند.

تالاب زولبين گلی: اين تالاب در 42 كيلومتری غرب هشترود قرار دارد و با وجود اين كه تالابی فصلی است، به علت نيزارهای داخلی و حاشيه‌ای به ويژه در مواقع پرآبی، پناهگاه مناسبی برای پرندگان مهاجر آبزی محسوب می‌شود.

تالاب يوسفلو: اين تالاب در 33 كيلومتری  شرق شهرستان اهر قرار دارد و تالابی دائمی است كه مورد استفاده پرندگان مهاجر آبزی قرار می‌گيرد.

تالاب يانيق گلی: اين تالاب در 31 كيلومتری جنوب غربی هشترود قرار دارد و در پاييز و زمستان مورد استفاده پرندگان وحشی قرار می‌گيرد.

تالاب ماهی‌آباد: اين تالاب در 20 كيلومتری شمال ميانه قرار دارد كه تالابی فصلی است و مصارف كشاورزی دارد و در مواقع پرآبی، مورد استفاده پرندگان مهاجر است.

تالاب بزوجق گلی: اين تالاب در 50 كيلومتری غرب شهرستان هشترود قرار دارد و تالابی دائمی است كه مورد استفاده پرندگان مهاجر قرار می‌گيرد.

تالاب ديب سيز: اين تالاب در 25 كيلومتری شرق اهر قرار دارد و تالابی نيزاری و دائمی  است كه مورد استفاده پرندگان مهاجر آبزی قرار می‌گيرد

این استان از لحاظ منابع و ذخایر آب از مناطق غنی کشور به شمار می‌آید و منابع آب به صورت‌های گوناگون در این استان وجود دارد. کوهستانی بودن منطقه، و دریافت رطوبت کافی از شرق و غرب خصوصاً از مدیترانه، سبب ریزش باران کافی و غنی بودن منابع آب این منطقه شده است.

رود ارس: رود ارس یا آراکس قدیم که از ارتفاعات مین گل داغ (هزار برکه) در جنوب ارزروم ترکیه سرچشمه گرفته و از حوالی دوالو تا قره‌دونی در مرز ایران جاری است. این رودخانه حدود 1072 کیلومتر طول دارد و از غرب به شرق جریان دارد و از استان اردبیل، آذربایجان غربی و آذربایجان شرقی می‌گذرد. تعدادی از رودهای بزرگ و کوچک محلی که در حوضه آبریزش در خاک ایران دارند و به آن می‌پیوندند عبارتند از قره‌سو، اهر چای، آق چای، خیاو چای، بالیقلو چای، نمین چای.

اهر چای: رودخانه اهر (اهر چای) از ارتفاعات پيرسقا سرچشمه می‌گيرد و در قسمت جنوبی شهرستان اهر به سوی شرق جريان می‌يابد. اين رودخانه در مسيرش پس از عبور از دهستان ازومدل (حومه شهر اهر) و نزديكی آبادی لر در دهستان ورگهان، به رودخانه قره سو كه از مشگين شهر رو به جنوب جريان دارد، می‌پيوندد.

رود قزل اوزن: رود قزل اوزن یا آماردی قدیم یا سفیدرود، از ارتفاعات چهل چشمه در کردستان سرچشمه گرفته، در قسمت شرقی شهرستان میانه، پس از مشروب کردن اراضی پیرامون خود از طریق استان اردبیل به سوی گیلان جریان می‌یابد. قزل اوزن در تنگه منجیل (در استان گیلان) پس از پیوستن به شاهرود به دریای خزر می‌ریزد. رودهایی که از منطقه آذربایجان شرقی به آن می‌ریزند، عبارتند از قرانقوی چای، هشترود چای، میانه چای، ترکمان چای، آی دو غموش، قره چای، شهر چای.

آجی چای: رودخانه آجی (آجی چای یا تلخه رود) از دامنه‌های جنوبی سبلان، قوشه داغ  و دامنه‌های شمالی بزغوش و سهند، شعبه‌های متعدد دریافت نموده از شمال شهر تبریز گذشته و نزدیک گوگان به دریاچه ارومیه می‌ریزد. آب رودخانه ابتدا شیرین است، ولی به جهت عبور از طبقات نمکی، مواد محلول آن افزایش یافته، بر میزان شوری‌ آن افزوده می‌شود، از این رو به نام آجی چای یا تلخه رود معروف شده است. آجی چای مهم‌ترین رود دشت تبریز است. در بخش شمالی دشت تبريز هفت رود به نام‌های دريان، شبستر، سيس، صوفيان، سينيخ، گونبات و بابا باغی جاری است كه دو رود گونبات و بابا باغی به آجی چای و بقيه در حوضه آجی چای به درياچه اروميه می‌ريزند. مساحت حوضه آبريز آجی چای، 8547  كيلومتر مربع است.

صوفی چای: رودخانه صوفی (صوفی چای) از دامنه‌های جنوب غربی كوه سهند و از آب شدن برف‌های دائمی و سنگين كوهستان به ويژه از دره باميدز سرچشمه می‌گيرد. اين رودخانه با جريان شمالی و جنوبی، تمامی مزارع و باغ‌های اراضی شهرستان مراغه را سيراب می‌كند و از جنوب آن وارد منطقه بناب می‌شود.

اسكو چای: رودخانه اسكو (اسكو چای) از جبهه شمالی سلطان داغی، كه از رشته كوه‌های غربی سهند است، سرچشمه می‌گيرد. رودخانه كندوان هم كه از ارتفاعات سهند غربی (ارشد داغی) جاری است، به اين رودخانه می‌پيوندد. آب‌های جاری سلطان داغی از قبله دره‌سی و چوبان بولاغی در دره عنصرود در جهت  شرقی- غربی، رودخانه آستارا چای را به وجود می‌آورد.

سيلن چای: رودخانه سیلن (سيلن چای) واقع در دهستان گرمادوز، از ارتفاعات مشرف به آبادی‌های ميدانلار و گلی پايين سرچشمه می‌گيرد و رو به شمال جريان می‌يابد. اين رود پس از پيوستن به رودهای محلی، در نزديكی آبادی لاريجان بالا به رودخانه ارس می‌ريزد. طول اين رودخانه تا رود ارس در حدود 45 كيلومتر است.

القنا چای: رودخانه القنا (القنا چای) در دهستان حسن‌آباد (حسنلو) شهرستان كليبر، از ارتفاعات قرخلار، بالای آبادی‌های پارالوجه و آرناليق سرچشمه می‌گيرد و رو به شمال جريان دارد. در مسیر این رود، رودخانه‌های كوچكی به آن می‌ریزند. رودخانه القنا در 5/1 كيلومتری آبادی آلاجوجه در منطقه اشتوبين در نوار مرزی به رود ارس می‌پيوندد.

علاوه بر آب‌های رو زمینی این استان از لحاظ منابع آب زیرزمینی نیز از امکانات کافی برخوردار است. آثار و شواهد موجود در سطح استان، نشان می‌دهد که کاریز (قنات) از منابع عمده آب آذربایجان شرقی بوده است که از دامنه کوه‌ها به سوی دشت‌ها، جاری بوده‌اند. هنوز هم آثار و بقایای کاریزهای قدیمی، در حومه تبریز، اهر، مراغه، میانه و ... دیده می‌شود.

غار قدمگاه: مقطع فضای غار زیرزمینی دایره شکل است و قطری برابر 15 متر دارد. دالانی به طول 9 متر و عرض و ارتفاع 5/1 و 5/2 متر است که به دهلیز وسیع‌تری به طول 5/4 متر و عرض 20/3 متر و ارتفاع 5/2 تا 4 متر می‌پیوندد.

غار آغ بولاق: اين غار در قسمت جنوبی روستای قره چمن از توابع شهرستان بستان‌آباد واقع شده و از نوع غارهای استلاكتيت است. عرض دهانه غار حدود 2 متر  است و دسترسی به آن از روستای قره چمن امكان پذير است. غار زيبای آغ بولاق مورد توجه و بازديد كوهنوردان علاقه‌مند است.

غار اسكندر: غار اسكندر به فاصله 30 كيلومتری تبريز در روستای سعيدآباد واقع شده و دسترسی به آن از طريق جاده ترانزيتی تبريز- تهران ميسر است. عرض دهانه اين غار حدود 5 متر و ديواره‌های داخل آن دارای استلاكتيت‌های جالب توجهی است.

غار دوگيجان: اين غار كه از نوع غارهای استالاكتيت است، در شرق شهر مرند قرار دارد. عرض دهانه آن 5/3 متر است.

غار کبوتر: غار هامپوییل با قدمت 150 تا 200 میلیون سال در منطقه کوهستانی با چشم‌اندازی زیبا واقع شده است. این غار در 8 کیلومتری جنوب شرق شهر مراغه و در نزدیکی روستای گشایش واقع شده است. در ابتدای ورودی غار میدان بزرگی وجود دارد که سقف آن از لانه کبوتران تشکیل شده است. پس از تونل کم‌ارتفاعی که در سمت راست قرار دارد، میدان نسبتاً بزرگ دیگری وجود دارد. در این میدان چهار حلقه چاه به عمق تقریبی 10 تا 12 متر وجود دارد که همه آن‌ها به یک میدان بزرگ در اعماق زمین منتهی می‌شوند. در این میدان صخره‌های بزرگی دیده می‌شود که تا خرداد ماه به دلیل ریزش آب‌های زیرزمینی سطح آن‌ها لغزنده می‌باشد. سپس این میدان بزرگ به اتاق‌های بزرگ و در نهایت به تونل‌های باریکی ختم می‌شود. در سقف اتاق‌ها صدها خفاش به حال آویزان دیده می‌شوند. به دلیل وجود تعداد زیادی کبوتر، این غار به «غار کبوتر» معروف شده است. دهانه غار 8 متر و ارتفاع آن بین 30 تا 40 متر است. در ابتدای غار کتیبه‌ای به زبان روسی که سال 1945 در آن نقش بسته دیده می شود.