Lượng mưa trung bình năm tại đại bồn địa dao động từ 750 đến 3.000 milimét (30 đến 118 in), toàn bộ lưu vực bồn địa Thượng Madeira nhận được lượng mưa hàng năm là 1.705 milimét (67,1 in). Những điểm đạt cực tiểu và cực đại về lượng mưa là 490 đến 7.000 milimét (19 đến 276 in). Tại đầu nguồn, Madeira vẫn là một trong những dòng sông lớn nhất thế giới, với lưu lượng dòng chảy trung bình năm là 18.000 mét khối trên giây (640.000 cu ft/s), tức là 536 kilômét khối (129 cu mi)/năm, xấp xỉ một nửa lưu lượng dòng chảy của sông Congo. Phần đóng góp của lưu vực thuộc dãy Andes tại Bolivia là 132 kilômét khối (32 cu mi)/năm, chiếm 25% toàn bộ lưu lượng của thượng nguồn Madeira. Xa về phía hạ nguồn hướng về nơi hợp dòng vào Amazon, lưu lượng trung bình của sông Madeira lên tới 31.200 mét khối trên giây (1.100.000 cu ft/s).