その広大な流域における年平均降水量は750ないし3,000mmであり、マデイラ上流域では1,705mm/年である。雨量の最小は490mm、最大は7000mmである。マデイラ川上流部だけで17,000m
3/秒(536km
3/年)もの流量があり、これは
コンゴ川の半分に達する世界有数の規模を持つ。この流量の内約25%である4,170m
3/秒(132km
3/年)はボリビアのアンデス地方から来るものである。
雨期には水位が15m以上も上がり、海洋航行船が河口から1,070km上流の
ポルトベリョ近くのサンアントニオ滝まで遡上できる。しかし6月から11月の
乾期には2m程度の水位になるため、航空機で行き来することになる。マデイラ-マモレ鉄道はマモレ川のグアジャラミリンまで365kmに渡り迂回して走る。