Pese a algún año de sequía prolongada, posee un caudal permanente durante todo el año, ya que en los meses estivales se alimenta de los deshielos y en invierno de la abundante pluviosidad (65 mm anuales), con una crecida máxima en los meses de verano (noviembre-marzo) y una mínima en los de invierno (junio-julio).
Sus principales afluentes son los ríos El Carmen y El Tránsito, al sudeste y al noreste del Huasco, respectivamente; estos ríos se unen en La Junta del Carmen (a 90 km del océano Pacífico), en donde forman el Huasco, que posee una hoya hidrográfica de cerca de 9.850 km2 de extensión.
El río discurre por una zona de clima desértico marginal bajo, lo que significa que hay más precipitaciones que en el sector septentrional. En su cuenca se ha construido el embalse de Santa Juana, el cual, además de proveer del agua necesaria a todo el sector meridional, también es la reserva acuática de la que se abastece la agricultura de valle que existe en este sector. La contaminación que presenta el río en su curso inferior es muy baja, con un leve porcentaje de alcalina, de poco riesgo; sin embargo, al llegar a la localidad de Freirina, el grado de contaminación se eleva, lo que hace poco recomendable el aprovechamiento de sus aguas para uso agrícola.
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