Алтай расчленен многочисленными долинами многоводных рек. Густота речной сети определяется степенью увлажнения рельефа и его высотой. От слияния Бии и Катуни начинается Обь, в пределах Алтая располагается верхняя часть бассейна Иртыша (верхний его участок до впадения в озеро Зайсан называется Черным Иртышем).
Речные долины эрозионные, ледниковые (троговые) или заложены в молодых разломах. Реки, протекающие в троговых долинах, нередко образуют висячие русла с водопадами. Своеобразна в этом отношении долина Чулышмана в виде узкого коридора шириной не более 500 м. Притоки Чулышмана срываются водопадами с высоты в десятки и сотни метров. Долины сужаются при пересечении хребтов (Иртыша, Енисея)
В питании рек большая доля снегового. У Оби в пределах Алтая снеговое питание составляет около 50%, дождевое около 30%, остальное подземное. Это относится и к Бии, Чулышману и Иртышу. Реки восточной части снегового питания или смешанного с преобладанием снегового (Верхний Енисей, Абакан, Тува).
Одна из крупных рек Алтая — Бия, вытекающая из Телецкого озера. Значительная часть ее бассейна (46%) относится к бассейну Чулышмана, впадающего в Телецкое озеро. Река Кйтунь берет начало из ледников Белухи. Иртыш в пределах Алтая принимает самый многоводный приток — Бухтарму. Ее притоки питаются ледниками Аргутских белков и Белухи. Река Томь имеет смешанное питание с преобладанием снегового. Значительна доля подземного — 27%. Модуль стока в пределах Алтая колеблется от 7 до 20 л/с.
На Алтае к крупным тектоническим озерам относятся Телецкое и Маркаколь. Озеро Маркаколь (455 км2) лежит в тектонической котловине между хребтами Курчумским и Асу на высоте около 1500 м над уровнем моря, глубина его около 27 м. Особенно живописно Телецкое озеро (до 325 км2), залегающее в глубоком тектоническом желобе, обработанном Чулышманским ледником. В него впадают многие горные реки, в том числе Чулышман, дающий 72% прихода воды. Из озера вытекает река Бия, выносящая 98% поступающей в него воды. Эффектны почти отвесные берега озера, поднимающиеся в южной части до 2000 м. Температура воды в озере низкая, летом на поверхности не более 17°, на глубине 270 м около 4° С. Реки и озера изобилуют рыбой, в том числе холодноводными: арктический хариус, сибирский бычок-подкаменщик, телецкий сиг, ленок, таймень и другие.