Doğu Anadolu Bölgesi'nin kuzeydoğusunda ırmak. Çoruh Dağları'nın güneydoğusundan doğar, dar, derin bir vadi içinde akar; aynı adı taşıyan gölden geçer ve Yusufeli'nin doğusunda Oltu ile birleştikten sonra Çoruh Irmağı'na karışır.
Dumlu Dağından çıkan Tortum Çayı, Tortum ilçesi'nin de bulunduğu havzanın bütün sularını toplar ve Tortum Gölü'ne dökülür. Gölün kıyısında büyük bir çağlayan oluşturur. Daha sonra Artvin il sınırında Oltu Çayı ile birleşir.
Erzurum ilinin en önemli havzalarından birini oluşturan Tortum Havzasında Tortum Çayı, ekolojik, çevresel ve turizm açısından önemli bir yere sahip olan Tortum Gölüne dökülmektedir.
Tortum Çayı, başlangıcı olan Yumaklı ve Akbabadan çıkan çaylarla oluşmakta Tortum Havzasını geçerken, civardan gelen çeşitli derelerin sularıyla beslenerek Tortum Gölüne akmaktadır. Ayrıca dik yamaçlı derin vadilerden gelen küçük dereler Tortum Çayını beslerler. Yöresel olarak Tortum Deresi diye adlandırılır.
İlkbahar aylarında karların da erimesiyle oluşan seller erozyon a sebep olmakta ve bunlar Tortum çayı marifetiyle göle taşınmaktadır.
Tortum çayı,Tortum gölünden çıktıktan sonra gölün aşağı vadisinde aynı isimle çıkarak Tortum Şelalesini meydana getirir.(Bu şelale Türkiyenin en yüksek şelalesi,aynı zaman da Dünyanın 12. Büyük şelalesidir.) Yusufeli kıvrımında Oltu çayı ile birleşerek Çoruh ırmağını meydana getirir ve Karadenize dökülür.
Tortum çay'ının en büyük iki kolundan biri, Tortumkale suyu diğeri de Ödük deresidir.