Principal fleuve du Royaume-Uni, la Tamise a une longueur de 346 kilomètres, mais la Severn en est le plus long, avec 354 km.
Prenant naissance au pied des collines des Cotswolds, à Thames Head, dans la paroisse de Coates, près de Kemble, au sud de Cirencester, dans le Gloucestershire, elle serpente vers la mer du Nord en suivant essentiellement un axe ouest-est. Elle traverse alors Oxford, Wallingford, Reading, Sonning, Henley-on-Thames, Marlow, Maidenhead, Eton, Windsor, Hampton, Kingston, Richmond upon Thames avant d'entrer dans Londres.
Malgré sa largeur, de nombreux ponts la traversent dans la capitale : Chelsea, Vauxhall, Westminster, Waterloo, London Bridge, Tower Bridge...
La partie du fleuve située entre le Pont de Londres et Rotherhithe (dans Southwark), se nomme Pool of London.
Elle poursuit alors par Greenwich et Dartford, avant d'entrer dans la mer par un estuaire noyé.
À environ 90 kilomètres de la mer, en amont de Londres, le fleuve commence à montrer des signes d'activité de marée. À Londres, l'eau est légèrement saumâtre à cause du sel de mer. Le fleuve, autorisant le passage de grands navires, a contribué à la tradition maritime de l'Angleterre. Un réseau de canaux le fait communiquer avec la Severn, le canal de Bristol et la Trent.