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.
آب و هوا استان