Le réseau hydrographique comprend le bassin versant des fleuves de l'Adour, de la Garonne, de la Dordogne et de la Charente.
Pour l'économie française les ressources les plus importantes du Bassin d'Aquitaine sont sans doute les hydrocarbures (le pétrole et le gaz naturel). Leurs gisements se trouvent dans les bassins du Crétacé inférieur (province méridionale):
Les roches-mères pour les hydrocarbures sont surtout les calcaires et les dolomies du Kimméridgien; ensuite les hydrocarbures montèrent dans le Crétacé inférieur et s'accumulèrent sous les argiles étanches de l'Aptien.
Les nappes phréatiques classiques sont situées dans le Crétacé supérieur et dans le Cénozoïque du Bordelais. La découverte d'un aquifère gigantesque dans les sables éocènes près de Lussagnet est de très grande importance pour la région Pau-Toulouse.
L'évolution géologique et la structuration du Bassin d'Aquitaine sont déterminées par deux facteurs majeurs:
Les zones tectono-métamorphiques du socle avec leur grain structural orienté NO-SE ont profondément influencées l'évolution sédimentaire et les structures tectoniques du bassin. Cette direction hercynienne est aussi empruntée par la pente continentale (au large du nord-ouest de la France), formée pendant l'ouverture du Golfe de Gascogne au Crétacé inférieur. La prolongation de la pente continentale se trouve dans le très profond bassin sous-pyrénéen. Les rides anticlinales de la couverture sédimentaire suivent aussi généralement la direction hercynienne. Comme le Cisaillement Sud-Armoricain ils affichent en plus une composante de cisaillement dextre. Donc leur genèse était non seulement compressive mais plutôt transpressive. Le Bassin de Parentis est aussi délimité par des cisaillements dextres en direction hercynienne. Cependant au moment de sa genèse la croûte était sous distension, ce qui explique sa structuration transtensive ouest-est en “pull-apart”. Le Bassin de Parentis représente l'essai avorté de l'Atlantique d'avancer un rift sur le continent. Probablement le rift était bloqué par le mouvement anti-horaire du microcontinent Ibéria.
À partir du Cénomanien le Bassin d'Aquitaine venait sous l'influence de l'orogène pyrénéen avec sa structuration ONO-ESE. L'origine des Pyrénées est non seulement compressive mais montre elle aussi une composante cisaillante – cette fois senestre. Pendant tout le Cénozoïque la structuration des Pyrénées exerçait une influence profonde et pénétrante sur le Bassin d'Aquitaine – les effets tectoniques sont visibles même à la bordure nord-est tout près du Massif Central.