Ein Flusseinzugsgebiet umfasst nicht nur das Gewässer selbst, sondern ebenfalls die zugehörigen Auen. Diese sind natürliche Hochwasserrückhalteräume und zudem Lebensraum für Flora und Fauna. Das gesamte Einzugsgebiet eines Fließgewässers erfüllt bedeutende Funktionen im Naturhaushalt. Die damit einhergehende Vielfalt der Lebensräume schafft ökologische Nischen für spezialisierte Pflanzen- und Tierarten, beispielsweise solche, die über Nahrungsnetze miteinander verbunden sind. Unter natürlichen Umständen bilden die Einzugsgebiete der Fließgewässer die artenreichsten Ökosysteme Mitteleuropas.
Da eine Menge unterschiedlicher abiotischer Faktoren, also nicht lebende Faktoren wie Klima, Atmosphäre oder Temperatur an verschiedenen Stellen auf den Lebensraum Fließgewässer einwirken, besitzen die Gewässertypen jeweils charakteristische Populationen, die an die vorherrschenden Umweltbedingungen angepasst sind. Die höheren Wasserpflanzen, die Algenarten und Mikroorganismen (z. B. Bakterien, Pilze) regulieren den Stoffumsatz in Fließgewässern und sind daher sehr wichtig für die Selbstreinigung. Die Algen dienen zudem als Nahrungsquelle für wirbellose Tiere, darunter beispielsweise Wasserinsekten, Krebstiere, Schnecken und Muscheln. Die sind wiederum eine wichtige Nahrungsgrundlage für die heimische Fischfauna. Typische Fischarten eines Fließgewässers sind Forellen, Äschen, Barben, Brachsen, Kaulbarsch und Flunder. Gerade im Unterlauf finden sich auch Raubfische wie Hecht, Wels und Rapfen.
Aufgrund der Abflussdynamik und engen Verzahnung der Fließgewässer mit ihrem Umfeld laufen unter natürlichen Bedingungen ständig Erosions- und Sedimentationsvorgänge ab, so dass ein Mosaik an unterschiedlichen Teillebensräumen (Kiesbänke, Uferabbrüche, Totholzdämme etc.) entsteht. Jeder dieser Kleinlebensräume (Mikrohabitate) besitzt eine spezifische Lebensgemeinschaft.