Στα τέλη του 19ου αιώνα, διέσχιζαν το λεκανοπέδιο 700 χείμαρροι, ποτάμια και ρυάκια. Σήμερα υπάρχουν ελάχιστα σημεία που μπορεί να τα δει κανείς. Αυτά είναι τα τρία πιο μεγάλα ποτάμια της Αθήνας που διέρρεαν την πεδιάδα της Αττικής κατά την αρχαιότητα, οι δύο εκ των οποίων απλώνονταν πέραν των ορίων της πόλεως.
Το δυτικό και μεγαλύτερο τμήμα της πεδιάδας έβρεχε ο Κηφισός, που είχε τις πηγές του στους πρόποδες της Πάρνηθος στα βόρεια και συνέχιζε την πορεία του για 27 χλμ., έως ότου εκχυνόταν στον Φαληρικό Kόλπο.Η κοίτη του απλώνεται σε έκταση 12.000 στρεμμάτων και η αρχή του εντοπίζεται στην Πάρνηθα, ενώ διέρχεται μέσα από τουλάχιστον δέκα περιοχές της Αττικής, μεταξύ των οποίων η Νέα Ερυθραία, η Κηφισιά, η Λυκόβρυση, η Μεταμόρφωση και η Νέα Φιλαδέλφεια, και εκβάλλει στον Φαληρικό Ορμο του Σαρωνικού.Η υποβάθμιση του Κηφισού και των παραχειμάρρων του τα τελευταία χρόνια αποτελεί ένα από τα σημαντικότερα ανοικτά περιβαλλοντικά μέτωπα του Λεκανοπεδίου.
Το ανατολικό τμήμα διέσχιζε ο Ιλισός, ο οποίος εκκινούσε από τις υπώρειες του Υμηττού κατευθυνόμενος προς δυσμάς, παρέρρεε τον Αρδηττό και, μέσω της κοιλάδος που σχηματιζόταν ανάμεσα στους λόφους των Μουσών (Φιλοπάππου) και της Σικελίας (δεξιά της σύγχρονης λεωφόρου Συγγρού), δεχόταν στην κοίτη του τα νερά του Ηριδανού και εν συνεχεία συναντούσε τον Κηφισό στα νοτιοανατολικά.Ο ποταμός κυλούσε κατά μήκος και εξωτερικά των τειχών της Αθήνας. Απέναντι από το Στάδιο, προκειμένου να υπάρχει πρόσβαση σε αυτό, υπήρχε πέτρινο γεφύρι με δυο τόξα, το οποίο καταστράφηκε στα τέλη του 18ου αιώνα. Στις όχθες και κατά μήκος του ποταμού υπήρχαν επίσης πολλά ιερά και δημόσια οικοδομήματα μεταξύ των οποίων το Ολυμπιείο, το Πύθιο, το Παναθηναϊκό στάδιο, το Ηρακλείο.Στη δεκαετία του ’50, ολοκληρώθηκε η κάλυψη της κοίτης του ποταμού και τη θέση του ποταμού πήραν οι οδοί Μιχαλακοπούλου, Βασιλέως Κωνσταντίνου και Καλλιρρόης.
Μικρότερος των δύο προηγούμενων ήταν ο Ηριδανός, που ανέτελλε στις νότιες πλαγιές του Λυκαβηττού, έναντι των Διοχάρους πυλών, όπου βρισκόταν και η Πάνοπος κρήνη· κυλώντας βορείως της Ακροπόλεως, περνούσε μέσα από την Αγορά και, συνεχίζοντας τη ροή του βορειοδυτικά, κατά μήκος του βορείου κρασπέδου της Πνυκός, εξερχόταν του τείχους σε σημείο κοντά στην Ιερά Πύλη και, αφού χανόταν υπογείως για μερικές εκατοντάδες μέτρα, στρεφόταν προς νότον, όπου εξέβαλλε στον Ιλισσό.Ο Ηριδανός ήταν ποτάμι της Αρχαίας Αθήνας και συγκεκριμένα παραπόταμος του Ιλισού.το αποτέλεσμα των παρεμβάσεων λόγω των ανθρώπινων αναγκών με το πέρασμα των χρόνων, ήταν η πλήρης εξαφάνιση του ποταμού κάτω από επιχωματώσεις και κατασκευές. Σήμερα είναι ορατή μόνο η κοίτη του ποταμού πλάτους δύο μέτρων στον αρχαιολογικό χώρο του Κεραμεικού (δίπλα στην Ιερά Πύλη), η οποία διασχίζει τον χώρο των ανασκαφών (νεκρόπολη Κεραμεικού) από ανατολικά στα δυτικά για περίπου 200 μέτρα.
Εκτός των προαναφερθέντων, υπήρχαν δύο ακόμη, μικρότεροι ποταμοί, ο Σκίρος και ο Κυκλοβόρος.
Τα ποτάμια της Αθήνας εξακολουθούν να ρέουν κάτω από τους δρόμους. Σε πολλά κτίρια κατά μήκος του δρόμου αντλούνται και σήμερα νερά, με υδραυλικά συστήματα, ενώ γεωτρήσεις του Ινστιτούτου Γεωλογικών και Μεταλλευτικών Ερευνών απέδειξαν ότι οι περισσότεροι δρόμοι της Αθήνας κρύβουν ένα μπαζωμένο ρέμα ή ένα υπόγειο ποτάμι.
