Nậm Sập khởi nguồn từ lưới suối ở dãy núi dọc biên giới Việt - Lào thuộc bản Bó Sập xã Lóng Sập huyện Mộc Châu 20°43′25″B 104°30′2″Đ / 20,72361°B 104,50056°Đ / 20.72361; 104.50056 (Suối Sập) [4]. Suối chảy về hướng đông bắc.

Đến giữa xã Mường Sang thì suối Sập đổi hướng chảy tây bắc, qua các xã Chiềng Hắc, Tú Nang, và xã Chiềng Hặc huyên Yên Châu.

Tới xã Sặp Vạt thì suối Sập hợp lưu với suối Vạt 21°3′20″B 104°20′21″Đ / 21,05556°B 104,33917°Đ / 21.05556; 104.33917 (Suối Sập), đổi hướng chảy đông bắc và đổ vào sông Đà ở xã Tạ Khoa. Một số tư liệu gọi đoạn này là "suối Sặp Vạt"[5].