Hamelns Kernstadt ist geprägt durch die Weser. An vielen Stellen der Stadt kann man einen Blick auf den Fluss erhaschen oder aber direkt an der Promenade flanieren. Doch natürlich gibt es noch weitaus mehr Gewässer in und um Hameln.
Im südlichen Stadtgebiet sind Kiesseen, von denen einzelne durch weitere Auskiesung stetig wachsen. Die Humme durchfließt Klein Berkel und mündet auf dem Gelände des Wouldham Camp in die Weser. Schräg gegenüber auf der anderen Weserseite mündet die Fluthamel in die Weser. Als Hamel kommt sie von Osten her in das Stadtgebiet und durchfließt die Ortschaften Hilligsfeld und Rohrsen und vorbei an den Industrie- und Gewerbegebieten im Süden von Hameln.
Ab dem Marienthaler Wehr wird sie Fluthamel genannt, da dieser Abschnitt vor einigen Jahrzehnten aufgrund von zwei größeren Hochwassern ausgebaut wurde. Knapp oberhalb des Marienthaler Wehres zweigt die Stadthamel ab. Sie durchfließt die Kernstadt und mündet bei der Jugendherberge in die Weser.
In die Hamel münden in Hilligsfeld der Herks- oder Feuerbach, in Rohrsen die Krumme Beeke, gegenüber vom „Kuckuck“ die Remte und der Hastebach neben der Brücke Ohsener Straße. Der Seegraben ist unterhalb des Reimerdeskamp verrohrt, kommt in der Wehler Marsch wieder zutage, unterquert die Eisenbahnlinie Hameln-Hessisch-Oldendorf und mündet nahe der Wehrberger Warte in die Weser. Auf der Höhe von Haverbeck mündet der Mainbach in die Weser. Der Halvestorfer Bach kommt von Halvestorf und mündet oberhalb von Haverbeck in den Mainbach. Darüber hinaus gibt es noch viele kleinere Fließgewässer und Seen.