แหล่งน้ำธรรมชาติ จังหวัดพิจิตรมีแม่น้ำที่สําคัญไหลผ่าน 3 สายได้แก่
แม่น้ำน่าน มีต้นน้ำจากดอยภูแวในทิวเขาหลวงพระบาง ซึ่งอยู่ในเขตอําเภอปัว จังหวัดน่าน แม่น้ำน่านไหลผ่านที่ตั้งตัวจังหวัดพิจิตร อําเภอตะพานหิน อําเภอบางมูลนาก และลงสู่ แม่น้ำเจ้าพระยาที่จังหวัดนครสวรรค์ มีความยาวทั้งสิ้น 97 กิโลเมตร มีพื้นที่ในลุ่มน้ำน่านประมาณ 2,602 ตารางกิโลเมตร หรือประมาณ 1,626,250 ไร่
แม่น้ำยม มีต้นกําเนิดในขุนยวมทิวเขาผีปันน้ำ ซึ่งอยู่ในเขตอําเภอปง จังหวัด เชียงราย แม่น้ำยมไหลผ่านเข้าจังหวัดพิจิตรที่อําเภอสามง่าม อําเภอโพธิ์ประทับช้าง และอําเภอ โพทะเล โดยไหลไปบรรจบกับแม่น้ำน่านที่บ้านเกยชัย อําเภอชุมแสง จังหวัดนครสวรรค์ มีความยาว ทั้งสิ้น 124 กิโลเมตร มีพื้นที่ในลุ่มน้ำน่านประมาณ 2,046 ตารางกิโลเมตร หรือประมาณ 1,278,750
แม่น้ำพิจิตร คือทางเดินเก่าของแม่น้ำน่าน ต้นกําเนิดของแม่น้ำพิจิตรนั้นไหลแยก จากแม่น้ำน่านที่บ้านวังกระดีทอง ในท้องที่อําเภอเมืองพิจิตร มีทิศทางการไหลของน้ำอยู่ในแนว เหนือ-ใต้ สภาพลําน้ำคดเคี้ยว บางแห่งร่องน้ำตื้นเขินและแห้งในฤดูแล้ง เนื่องจากมีฝ่ายกั้นน้ำไว้เป็น ช่วงๆ เพื่อสูบขึ้นมาใช้ทําสวนผลไม้ต่างๆ โดยเฉพาะส้มโอในเขตโพธิ์ประทับช้าง