Géographie
Le cours du fleuve
L’encyclopédie méthodique de géographie moderne (1782) présente l'Aa comme suit :

« AA, rivière des Pays-Bas, qui prend sa source dans le Boulonnais, passe à Saint-Omer, au-dessus de laquelle elle forme les marais où sont les îles flottantes, se divise en trois branches, dont la droite, dite Haute-Colme, fournit aux canaux de diverses villes de Flandres, telles que Bourbourg, Mardyck, Dunkerque. La gauche se rend dans le canal de Calais ; celle du milieu, qui garde son nom, se dirige sur Gravelines, et se jette un peu au-dessus dans la mer, après un cours d'environ 14 lieues. Le nom de cette rivière, qui est commun à d'autres en Suisse, en Allemagne, dans les Pays-Bas & dans la Livonie, est une dégradation du mot latin aqua. »La longueur de son cours d'eau est de 89 km (55,7 + 33).

L'Aa prend sa source dans les collines de l'Artois à Bourthes et se jette dans la mer du Nord à Gravelines après avoir traversé et drainé le marais audomarois.
Ce petit fleuve sert de frontière entre les départements du Nord et du Pas-de-Calais sur une partie de son cours. Ses principaux affluents sont le Bléquin, le Thiembronne.
Le cours de l'Aa comprend trois parties principales :

la Haute Aa entre Bourthes et Arques sur environ 40 kilomètres, n'est pas navigable. Un accident géologique, dû à la tectonique de socle, fait que l'Aa forme entre Lumbres et Arques un coude spectaculaire, passant d'un tracé orienté ouest-est vers un tracé sud-nord, le cours tombant quasiment au niveau de la mer ;
le marais audomarois, cuvette de près de 4 000 hectares de marais cultivés. À Arques, le cours d'eau devient navigable, une écluse, l'ascenseur à bateaux des Fontinettes, permettant de franchir un dénivelé important et d'être relié au canal de Neufossé. Le canal de l'Aa traverse sur environ 10 kilomètres le marais audomarois du sud au nord ;
la Basse Aa entre Watten et Gravelines traverse sur environ 30 kilomètres la plaine maritime pour se jeter dans la mer du Nord à Gravelines.

Bassin versant
L'ensemble du bassin versant couvre sur une surface de 1 215 km2 une partie du Haut-Pays ou Artois, l'Audomarois, et sépare la Plaine Maritime Flamande du Calaisis.
Le bassin versant de l'Aa correspond dans sa partie amont à une des zones les plus pluvieuses de la région Hauts-de-France. La Haute Aa est alimentée par la nappe de la craie, bénéficiant d'un régime naturel sur une pente assez forte, entaillant parfois la craie et même le socle primaire. La Haute Aa passe ainsi en 40 kilomètres d'une altitude de 122 mètres à Bourthes à 11 mètres à Arques (pente moyenne de 2,22 pour mille). À Lumbres, le Bléquin joint ses eaux à l'Aa qui forme un coude à angle droit vers l'est, puis part brusquement vers le nord à Arques, à cause de la tectonique des blocs. À Blendecques, l'Aa se sépare entre Haute Meldyck et Basse Meldyck, premières tentatives de canalisation du cours du fleuve au Xe siècle. À Arques, la Haute Meldyck suit le canal de Neufossé, tandis que la Basse Meldyck rejoint la déviation de Saint-Omer du canal de Neufossé.

À la sortie de Saint-Omer, les deux canaux ne font plus qu'un : le canal de l'Aa traverse alors le marais audomarois en pente très douce, voire quasi nulle (4 mètres d'altitude environ). C'est une zone de marais, irriguée par un réseau de watergangs (fossés), géré par l'Institution Interdépartementale des Wateringues. La rivière de la Houlle est le principal affluent du côté Artois. L'Aa étant principalement alimentée dans le marais par des affluents venant de l'Artois (ouest), le fleuve s'est déplacé côté Flandre (est), d'où l'importance de sites d'accostages tels que Saint-Momelin ou Watten à l'Antiquité.
Après le passage du goulet de Watten-Eperlecques, le canal de l'Aa entre dans la plaine maritime, qui correspond à l'ancien delta de l'Aa.
À Watten, l'Aa se sépare en trois branches, la canal de la Haute Colme vers Dunkerque, le canal de Calais qui reçoit les eaux de la rivière La Hem, et l'Aa canalisé vers Gravelines.
L'estuaire : Il est aujourd'hui très artificialisé. Un canal y a été creusé pour en limiter l'envasement. Voici comment F.J. Grille décrit l'estuaire en 1825 :

« Le port est plein de vase, et des bancs se forment à son entrée. Une écluse, placée au bas de la citadelle (construite en 1699 par Vauban), devait, par le moyen des eaux de la rivière de l'Aa, chasser les sables et débarrasser le passage ; mais le port fait un coude ; le chenal a une lieue de long, et l'eau de l'écluse, quelle que soit sa force, n'en a point assez pour entraîner, dans une si grande étendue, tous les obstacles qui s'offrent devant elle. Dans sa chute, elle creuse en certains endroits 5 dans d'autres, elle élève la terre, et elle augmente ainsi le mal qu'elle était appelée à diminuer. ». À l'époque, alors que les stations d'épuration n'existaient pas, FJ Grille en devançant les hygiénistes estime que ces envasements contribuaient à la mauvaise santé des habitants qu'on attribuait aux marécages (il écrit : On était jadis à Gravelines sujet à des fièvres gastriques qui disparurent par l'effet du canal creusé jusqu'à la mer ; mais elles reviendront si on le néglige. Nous disons confidemment aux dames qu'ici les couches sont difficiles, et que le tems [temps] critique y devient parfois calamiteux).
Le même auteur ajoute au chapitre sur Gravelines : « Les bords de l'Aa sont fertiles ; l'eau qui se précipite par l'écluse sur le pont de laquelle on passe à la marée basse, forme une chute rapide et écumante qui, si elle ne produit pas le résultat que les ingénieurs en voulaient obtenir, offre du moins au peintre et au curieux des effets assez pittoresques » (p. 106).L'Institution interdépartementale des Wateringues gère depuis 1974 l'évacuation des eaux vers la mer, notamment pour l'Aa la première et la septième section (Audomarois). Le Schéma d'aménagement et de gestion des eaux Audomarois correspond au bassin versant de l'Aa de Bourthes à Watten. Il couvre 662 km2, comprend 96 500 habitants répartis sur 72 communes. Le Schéma d'aménagement et de gestion des eaux du Delta de l'Aa comprend le cours du fleuve sur les communes comprises entre Watten et la mer du Nord, dans l'ancien golfe de l'Aa. Il couvre 1 208 km2, comprend 400 000 habitants répartis sur 103 communes.

Organisme gestionnaire
L'organisme gestionnaire est le SmageAa ou Syndicat mixte pour l'aménagement et la gestion des eaux de l'Aa.