Влияние города на климат еще недостаточно хорошо исследовано. Однако очевидно, что изменение климата на территории города и в его окрестностях усиливает и экзогенное воздействие на геологическую среду (повышенная влажность, увеличение количества осадков, температуры и т. д. вызывают интенсификацию процессов размыва, выщелачивания и др.) и способствует возникновению природно-техногенных процессов («кислые дожди», выпадение твердых загрязняющих компонентов и т. д.).
Реки, протекающие на территории Московской агломерации, как уже было сказано, принадлежат в основном бассейну р. Москвы (более 3/4 площади). На участке от западной границы Одинцовского района (25 км выше Звенигорода) до восточной границы Раменского района (15 км ниже Бронниц) р. Москва принимает два крупных притока: слева Истру и справа Пахру.
Истра имеет длину 149 км, площадь бассейна 2108 км2, в нее впадает более 20 притоков. В верховьях реки, на участке впадения в нее р. Нудоль, в 1936 г. было построено Истринское водохранилище - самое крупное из водохранилищ Московской области. Его площадь равна 3360 га, а глубина достигает 23 м.
Пахра имеет длину 129 км, площадь бассейна 2720 км2. Она принимает большое количество притоков - вместе с небольшими речками и ручьями - около 230, из них наиболее крупные - Моча, Конопелька, Рожай, Десна с притоками Незнайкой и Битцей.
Протяженность р. Москвы в пределах города 75 км. Она образует здесь шесть крупных излучин, сохраняя при этом субширотное направление, и принимает ряд мелких притоков, наиболее крупные из которых: справа Сетунь, Городня, слева Сходня и Яуза. Всего территорию дренируют 46 водотоков. Протяженность открытых русел около 220 км, а коллекторов свыше 290 км. Общая площадь открытых водоемов 8,5 км\
Гидросеть Москвы очень сильно изменена в процессе градостроительства. В истоках некоторых московских рек были расположены болота и озерки. На пойменных берегах р. Москвы (Дорогомилово, Лужники, Нагатино) было много озер-стариц и болот. С ростом города небольшие ручьи, болота и овраги, препятствовавшие его развитию и благоустройству, постепенно засыпались и исчезали. Более крупные реки перегораживались плотинами и превращались в цепочку прудов, которые с течением времени засыпались наносами. Застройка Москвы повлекла за собой уничтожение выходов грунтовых вод, а в отдельных случаях и истоков малых рек.
Самый крупный приток р. Москвы на территории города - Яуза. К началу текущего столетия Яуза была сильно загрязнена. Вряд ли кто мог поверить, глядя на грязный, покрытый тиной ручей, что в этих же берегах струилась река, которой в XIV - XV вв. отдавали предпочтение перед извилистой Москвой-рекой. В годы Советской власти Яуза была очищена, а сток ее пополнен через Лихоборский обводнительный канал водами Химкинского водохранилища. Благодаря повышению уровня реки после постройки плотин и расширению русла до 25 м Яуза стала судоходной от устья до завода «Красный богатырь».
Река Пресня брала начало в Горелом болоте. Это болото сейчас засыпано отвалами метростроя. Засыпка долины Пресни и заключение ее в коллектор было проведено в 1908 - 1915 гг. Река Неглинная вытекала из Пашенского болота (за Марьиной рощей), которое впоследствии стали засыпать мусором, а в 30-х годах оно было окончательно засыпано отвалами метростроя мощностью 3 - 5 м. Неглинная с притоками и устроенными на ней прудами хорошо видна на плане Москвы 1779 г. В прошлом на Неглинной и ее притоках насчитывалось свыше 20 прудов. В 1819 г. русло Неглинной было заключено в трубу, и в настоящее время речная система находится под землей. Наиболее крупными прудами на Неглинной были Самотечный и Верхний Неглинный пруд на Цветном бульваре, засыпанные во второй половине XVIII в. Пруд на территории нынешней площади Свердлова и площади Революции существовал до 1812 г. В 1820 - 1823 гг. на месте кремлевских прудов на Неглинной был разбит Александровский сад.
Кроме Неглинной и Пресни, заключены в кирпичные коридоры и протекают под землей реки: Черторый, Сивка, Ольховец, Капелька, Рачка, Нищенка, Протока, Сарра, Даниловка и др.
На территории города в современных границах протекало 120 рек и ручьев, из них 55 были достаточно крупными и, вероятно, имели постоянный сток. Прудов в начале XVIII в. насчитывалось 853. Сейчас на этой территории около 300 озер и прудов. Большая часть естественных водоемов в городе реконструирована и претерпела значительные изменения водного баланса.
Москва-река, как и другие реки Московской области, получает питание от талых снеговых вод - 61%, дождевых - 12% и грунтовых - 27%. Вскрывается она обычно около 10 апреля. Средняя продолжительность весеннего половодья 48 дней, наименьшая - 21 день, наибольшая - 85 дней (1896 г.). Наступление ледостава приходится на 19 ноября. В пределах центральной части города река замерзает крайне редко (оказывает влияние сток теплых отработанных вод). Модуль стока в бассейне р. Москвы в среднем составляет 6,2 л/км2/с Годовой сток составляет 3,4 км3.