По северо-западной части территории проходит главный водораздел – Валдайская возвышенность, являющаяся своеобразным центром, где зарождаются крупные реки Русской равнины, относящиеся к бассейнам Каспийского и Балтийского морей. Бассейн Верхней Волги занимает свыше 2/3 всей территории области. В Тверской области находятся исток и верхнее течение реки Волги. На остальной части территории – на северо-западе реки Мста, Цна и Шлина, а на юго-западе области реки бассейна реки Западная Двина, относящиеся к бассейну Балтийского моря.
В области насчитывается около 900 рек, из которых 55 – протяженностью свыше 50 км и 21 – свыше 100 км, остальные имеют длину менее 50 км. Общее количество озер в области площадью свыше 1 га – 1769 (1,4 % площади области), в них 4,3 км3 запасов пресной воды. Крупных Тверских озер (с площадью более 10 км2) всего 19. В Тверской области основная озерная площадь (96,8 %) приходится на проточные и сточные озера. Наиболее крупные: Селигер, Стерж, Вселуг, Пено, Волго, Сиг, Кафтино, Великое. Большие озера образованы в результате деятельности ледников и талых вод. Крупные озера (Селигер, Кафтино) - тектонического происхождения: их котловины образовались в результате прогибов участков земной коры, а затем были обработаны ледником.