Nậm Pàn khởi nguồn từ các suối ở vùng núi biên giới Việt - Lào, tại xã Phiêng Khoài. 20°57′13″B 104°15′42″Đ / 20,95361°B 104,26167°Đ / 20.95361; 104.26167 (Nậm Pàn)

Nó chảy uốn lượn với hướng chính là tây bắc, qua các xã Chiềng On, Phiêng Luông, Hát Lót, Mường Bon, Mường Bằng 21°24′34″B 103°59′29″Đ / 21,40944°B 103,99139°Đ / 21.40944; 103.99139 (Nậm Pàn)

Đến xã Mường Bú thì Nậm Pàn hợp lưu với Nậm La chảy từ thành phố Sơn La đến qua đoạn ngầm ở đèo Khau Phạ. Từ điếm hợp lưu sông có tên là Nậm Bú, đổi hướng đông bắc, và đổ vào sông Đà ở Tạ Bú. Một số người quen gọi đoạn lộ ra của Nậm La sau đoạn chảy ngầm là Nậm Bú.