莱茵河

瑞士

莱茵河发源于位于瑞士格劳邦顿州境内的阿尔卑斯山区，这里有两条主要的支流：前莱茵河（Vorderrhein）与后莱茵河（Hinterrhein）。前莱茵河发源于靠近欧伯拉普隘口（Oberalp Pass）的图马湖（Lake Tuma），然后通过Ruinaulta（瑞士大峡谷）。后莱茵河则发在瑞士南部靠近莱茵瓦尔德峰（Rheinwaldhorn）的天堂冰河（Paradies glacier）。两条支流在格劳邦顿州的赖兴瑙（Reichenau）相会合。从赖兴瑙开始，莱茵河开始往北流，流经库尔、列支敦士登，然后是奥地利，最后进入博登湖，这段河道称为阿尔卑斯莱茵河（Alpenrhein River）。从博登湖开始，莱茵河开始往西流，流经莱茵瀑布，然后阿勒河流入莱茵河，使得莱茵河流量增加至每秒1000立方米，这段河道称为高莱茵河（Hochrhein）。在它于巴塞尔往北流之前（Rhine knee），这段河道也构成了德国的边界。

德国与法国

在流经巴塞尔之后，莱茵河构成了德国与法国的南部边界界河，然后在靠近卡尔斯鲁厄的莱茵斯泰腾（Rheinstetten）进入德国境内。
莱茵河有超过1000公里的河道位在德国境内，所以莱茵河也成为德国最长的河流。在德国境内有一些主要的支流注入莱茵河，例如内卡河、摩泽尔河与美因河，使得有每秒超过300立方米的水量注入莱茵河。
在宾根（Bingen）与科布伦茨之间的莱茵河，穿过了莱茵河谷（Rhine Gorge）。莱茵河谷是因为莱茵河侵蚀所造成的，与地层的上升发生在同一时间，因为地层的上升提高了河道的高度。这个地区的河谷相当深，而附近也以许多城堡与葡萄园闻名于世。这段莱茵河（被称为浪漫的莱茵河）因为拥有超过40栋中古世纪的城堡或堡垒与许多秀丽的葡萄乡村而在2002年被列入世界遗产。
联合国教科文组织的评价为：延绵65公里的莱茵河中游河谷，与河畔的古堡、历史小城、葡萄园一起生动地描述了一段人类与变迁的自然环境相互影响的漫长历史。几个世纪来，这里发生的众多历史事件、演绎的许多传奇，对作家、艺术家和作曲家产生了很大影响。
直到1980年代早期，工厂是水污染的主要来源。瑞士境内的莱茵河沿岸设立许多工厂，不过鲁尔区的下莱茵河沿岸亦有许多工厂聚集。莱茵河在这里穿过科隆、杜伊斯堡与杜塞尔多夫等大城市。杜伊斯堡是欧洲最大的内河港，从这里可以通往鹿特丹、安特卫普与阿姆斯特丹等海港。鲁尔河在杜伊斯堡流入莱茵河，流量为每秒70立方米。莱茵河的水现在相当干净，因为附近大部分的工业已经消失超过十年了。而鲁尔河现在是供给饮用水的区域。然而其他鲁尔区的河流，例如埃姆舍尔河（Emscher）附近的水源仍然遭受到污染。莱茵河靠近荷兰边界的地区，流量为每秒2,290立方米，平均宽度超过300米。

荷兰

然后莱茵河往西流，进入了荷兰境内。莱茵河与斯海尔德河、默兹河形成了莱茵河－斯海尔德河－默兹河三角洲，是欧洲西部最大的三角洲之一。莱茵河在Spijk进入荷兰的境内，接近奈梅亨与阿纳姆时，是莱茵河的河道最宽阔的地区，不过随后又分成3条支流：下莱茵河、瓦尔河（Waal）与艾瑟尔河。
莱茵河流域从这里开始变得更为复杂，荷兰语中的莱茵河（Rijn）不再适合用来形容主要河道。大部分的莱茵河（3分之2）往西流，通过瓦尔河、梅尔韦德河（Merwede）与新梅尔韦德河（Nieuwe Merwede），然后与默兹河汇流，通过荷兰深河（Hollands Diep）与哈灵水道（Haringvliet）河口后，最后注入北海。贝内登梅尔韦德河（Beneden Merwede）在靠近哈尔丁斯费尔德－希森丹时岔开，这个部分的河段被称为北河（Noord），然后北河在小孩堤防与莱克河（Lek River）相汇流成为新马斯河，流经鹿特丹、瑞普河（Het Scheur）与新运河（Nieuwe Waterweg）后进入北海。在多德雷赫特的地方分成旧马斯河（Oude Maas），然后往西流与新马斯河汇流成瑞普河。
其他3分之一的莱茵河水流则在通过Pannerden水道后，分成艾瑟尔河与下莱茵河。艾瑟尔河拥有约9分之1的水量往北流注入艾瑟尔湖；下莱茵河拥有约9分之2的水量，且平行的往西流进入瓦尔河。但是下莱茵河在Wijk bij Duurstede则被称莱克河。莱克河则往西流与北河汇流成新马斯河，最后注入北海。
“Rijn”这个名称从这里开始只用来描述这些从罗马时代构成莱茵河且继续往北流的小溪流上，虽然它们保留了这个名称，但是并没有减少莱茵河的水量。这些溪流被人类用来排干四周的土地与迂田。从Wijk bij Duurstede开始，莱茵河古老的北支流称为弯曲莱茵河（Kromme Rijn），经过乌得勒支后，则分别被称为莱顿莱茵河（Leidse Rijn）与旧莱茵河（Oude Rijn）。后来水流继续向西流并在卡特韦克进入闸沟，最后流入北海。这条支流曾经沿着日耳曼长城的周围流过。

阿尔卑斯造山运动

莱茵河从阿尔卑斯山流向北海海盆，现今莱茵河的地理与地质环境是从阿尔卑斯造山运动时开始形成的。
在欧洲南部，这个时期从约在2亿4000万至2亿2000万年前的中生代三叠纪开始，位于欧亚板块与非洲板块之间的古地中海出现。现在的地中海是来自于这个稍微比较大的古地中海。在1亿8000万年前的侏罗纪，欧亚板块与非洲板块往反方向移动，开始挤压古地中海海床，使得欧亚大陆压在古地中海的上方，板块的边缘在新生代的渐新世与中新世的阿尔卑斯造山运动。在这次挤压中有几个板块的位置移动，形成地中海附近独特的地质特征，包括比利牛斯山、意大利的阿尔卑斯山、向西移动的安那托利亚与希腊的山脉及岛屿。这种挤压与造山运动持续到现在，导致山脉每年持续上升与火山活动。
在欧洲的北部，北海海盆是在三叠纪与侏罗纪时形成的，直到都还现在沉积物仍继续堆积。在阿尔卑斯造山运动与北海海盆沉积之间的区域，地势仍然比较高，包括阿登、埃菲尔山与孚日省，这是因为比较早期的华力西（Variscan）造山运动所造成的。
在始新世之后，阿尔卑斯造山运动在这个区域造成了一个N-S裂口系统。这个裂口主要是由位于德国东南部/法国东部的上莱茵地堑与德国西北部/荷兰东南部的下莱茵湾。在中新世的时候，一个河流系统在上莱茵河地堑发展起来，它继续往北流，被认为是最早的莱茵河。在这时期，还没有任何支流流入莱茵河，反而罗讷河与多瑙河的分水岭从阿尔卑斯山北侧流走。

河流袭夺

现在阿尔卑斯山是莱茵河的分水岭，但是原先并非如此。在中新世时，莱茵河的分水领只有到埃菲尔山与韦斯特林山的南部，大约位在阿尔卑斯山北边450公里的位置。然后西格河流入莱茵河，不过摩泽尔河则尚未成为莱茵河的支流。阿尔卑斯山北麓则往多瑙河注入。
莱茵河凭着河流袭夺往南延伸，并导致它的支流持续增加。在上新世时期，莱茵河已经靠着河流袭夺达到孚日山脉，包括摩泽尔河、美因河与内卡河都成为它的支流。阿尔卑斯山北部则是罗讷河的流域。莱茵河在更新世早期时，已经将现在大部分阿尔卑斯山原本流入罗讷河的河川纳入流域之中，包括阿勒河在内。从这个时候开始，莱茵河流域扩展到博登湖上游，而美因河的上游（施韦因富特之后）与孚日山脉（马士河）也已经成为莱茵河流域的一部分。

冰河时期

更新世是冰河期交错的时代，大约6个主要的冰河期在600,000年前开始。当时海平面下降120米，大陆大部分的边缘地区于是暴露出来。在更新世早期，莱茵河是往西北方向流动，注入现在的北海。在盎格鲁冰河期（Anglian glaciation）时期，现在北海的北部是被冰所覆盖，且透过这英格兰的运河形成大湖。使得莱茵河的源头透过这英格兰的运河转向。在冰河时期间，塞纳河的河口位于布雷斯特近海，所以泰晤士河及塞纳河皆是塞纳河支流。当海平面在间冰期大约回复到原先的高度时，莱茵河于是在现在的荷兰境内形成三角洲。
最后一次冰河期从74,000年前持续到更新世结束。在欧洲西北部，有两个阶段非常寒冷，分别在70,000年前与29,000-24,000年前达到顶峰。第2个阶段稍微比末次冰盛期（Last Glacial Maximum）还早。在这时期，下莱茵河往西流，通过荷兰，延伸西南方通过英国运河，最后注入大西洋。英国与以色列运河与大部分的北海变成陆地，主要是因为当时的海平面比现在低约120米。
在最后一次冰河期，现在莱茵河大部分的源头并非位于冰层下方，虽然它的来源无疑是冰河的水。冰河时期冻土层的植物与动物群从亚洲延伸越过欧洲中部抵达大西洋。在末次冰盛期，当时冰棚覆盖在斯堪的那维亚、波罗的海、苏格兰及阿尔卑斯山，于是冻土层自然分布在这个区域。黄土或是被风吹拂的尘土越过冻土层，沉积在莱茵河谷与四周，导致土壤相当适合农耕。

最后一次冰河时期

当欧洲西北部在22,000年前缓慢地开始暖化，冰冻的底土及阿尔卑斯山延伸出的冰河开始融化，冬季的积雪也在春季融化。大部分都进入莱茵河的周围，下游河道因此增长。快速的暖化与植披转变成开放的森林开始在13,000年前。大约在9000年前，欧洲已经完全是树木丛生。
随着全球的冰覆缩小，海洋的水位升高，英吉利海峡与北海再度被水淹没。冰雪融化后的水流入大海，陆地的沉积被水淹没成为欧洲的海岸线（海侵）。大约在11,000年前，莱因河河口位于多佛尔海峡。北海的南部仍然存在一些陆地连接欧洲大陆及英国。大约在9,000年前，海平面上升后，这个连接遭到阻断，并影响人类居住的分布状况。
从7,500年前开始，潮汐的状况及水流与现在相当的类似。海平面上升的频率已经下降，主因是莱茵河沉积与海岸持续隆起：至少在7,000年以前，海岸线与现在相当类似。在北海的南部，因为地层构造的沉积，海平面仍然继续上升，100年上升约1－3公分（最近3,000年上升1米）。

全新世三角洲

在全新世开始之后（11,700年以前），莱茵河进入冰河时期所遗留下来的山谷。随着荷兰地区海平面继续上升，全新世莱茵河-默兹三角洲于8,000年前开始形成。同时代的绝对海平面上升和地理构造的沉降对于三角洲的变化造成强烈的影响。
人类的影响于3,000年前出现在三角洲地区，因此土地清除情况增加（铜器时代的农业活动） ，莱茵河在高地地区（德国中部）沉积情况快速增加，三角洲面积增加速度也因此变快。
目前瓦尔河和下莱茵河是透过鹿特丹附近的前默兹河口流入北海。莱茵河分支艾瑟尔河流向北方，进入艾瑟尔湖（艾瑟尔湖前身为咸水潟湖，但是自从1932年以来逐渐成为一个淡水湖泊）。莱茵河的水量被划分为三个部分：瓦尔河（占有6/9的水量）、下莱茵-莱克河（占有2/9的水量）和艾瑟尔河（占有1/9的水量）。