La Puna es una extensa meseta suavemente ondulada, con una altura media de 3.500 metros sobre el nivel del mar.
Se caracteriza por la presencia de amplios campos de rocas volcánicas y serranías orientadas de norte a sur, que delimitan grandes cuencas hídricas de forma alargada.
Existen dos tipos de cuencas, según su drenaje: endorreicas y exorreicas.
En las endorreicas, los cursos de agua confluyen hacia un centro, formando lagunas sin salida natural. Cuando la radiación solar es intensa y el caudal escaso, esas lagunas se transforman en salares.
En las exorreicas, en cambio, el drenaje no queda retenido y la escorrentía puede llegar finalmente hasta el océano Atlántico.
Cuenca Cauchari-Olaroz, en realidad, son dos cuencas unidas a la altura del paraje Archibarca, la primera en el sur y la segunda en el sector norte. Límites: al oeste, la sierra Guayaos, Archibarca, continua hasta proximidades de las lagunas Guachalacte y desde allí a Chile. Al este, la sierra del Tanque, continuando hacia Coranzulí, luego hasta los cerros de Coyahuaima, desde donde tiene dirección oeste, hasta el límite con Chile. La cuenca tiene como cursos principales el río Rosario, desarrollado en la región norte y el río Tocomar en el sector sur. La cuenca de Olaroz tiene la superficie más baja en el extremo sur y la de Cauchari en el extremo norte.
Laguna de los Pozuelos tiene como límites al oeste, las sierras de Carahuasi, Rinconada y Santa Catalina; al este, las sierras de Quichagua y Cochinoca. Ambos límites continúan hacia Bolivia. En la Sierra Santa Catalina se desarrolla una subcuenca cuyo curso principal es el río Santa Catalina que ingresa desde el norte y el río Cincel se genera en el sector sur. La laguna mantiene un espejo de agua importante durante todo el año, ubicado aproximadamente en la parte media de la cuenca.
Cuencas Salinas Grandes-Guayatayoc: son las de mayor extensión en la Puna, unidas a la altura del río Las Burras, en el tramo superior se denomina Pastos Chicos, es el curso principal, de la subcuenca del mismo nombre. Limita al oeste, con las cuencas Olaroz-Cauchari, Orosmayo y Pozuelos; al este, con la serranía del Chañi y Aguilar hasta Tres Cruces, continua hasta la localidad El Cóndor y desde allí con dirección noroeste, hasta el límite de la cuenca Pozuelos; al sur, ambos límites de la cuenca se prolongan hasta la provincia de Salta. El río Abra Pampa o Miraflores, es el curso principal de la cuenca, ingresa desde el norte.
Subcuenca Orosmayo: Es el único drenaje exorreico de la Puna. Su curso principal, el río Orosmayo, comienza en los cerros de Coyahuaima, cambia de nombre en su tramo inferior a río Grande de San Juan o San Juan del Oro. Limita con las cuencas: al sur Salinas Grandes-Guayatayoc, al este Pozuelos y al oeste y norte con Bolivia. Forma parte de la cuenca del Pilcomayo, a la cual también pertenece parte del área de La Quiaca. Sus aguas recorren el río Pilcomayo en Bolivia, continúan hacia el Paraguay y luego, por los ríos Paraná y de la Plata, desembocan en el océano Atlántico.
En los flancos de las serranías, que conforman las cuencas, existen numerosos cursos temporarios de agua que, aunque suelen estar secos, en verano pueden ser muy caudalosos. Al oeste y norte de la cuenca Olaroz-Cauchari se encuentran áreas compartidas con Chile, donde sobre afloramientos de rocas volcánicas se forman pequeñas lagunas endorreicas, como Vilama, Catal, Pululus y Jama.
En las cercanías del Cerro Zapaleri se localiza la cuenca endorreica más pequeña de la Puna, compartida entre Argentina, Bolivia y Chile. Pese a su tamaño, tiene relevancia geopolítica: el río Zapaleri nace en Bolivia, atraviesa territorio argentino y continúa hacia Chile, manteniendo un caudal permanente durante todo el año.