Entre sa source et Teddington Lock, 38 affluents principaux alimentent la Tamise. Les affluents sont les rivières Churn, Leach, Cole, Ray, Coln, Windrush, Evenlode, Cherwell, Ock, Thame, Pang, Kennet, Loddon, Colne, Wey et la Mole.
Le principal est le Kennet qui lui parvient rive gauche à Reading. Par la suite, elle reçoit à gauche la Colne, la Lee et à droite la Wey, la Thame, la Mole et la Darent.