Kelkit Çayı uzunluğu 245.5 km, havza alanı 11. 455 km2, Çimen Dağları'ndaki kaynak rakımı 1460 m[2], debisi
Gümüşhane topraklarından doğan Kelkit Çayı Hoşmasat Deresi, Dayısı Deresi ve Balahor Deresi'nin birleşiminden oluşur[1]. Suşehri yakınlarında Sivas il sınırlarına girer. Kelkit Çayı'nın Sivas il sınırlarındaki kesimi 50 km dir. Daha sonra Tokat il sınırlarına giren çay Reşadiye, Niksar, Erbaa şehirlerinden geçer. Özellikle Niksar Ovası'nda genişleyerek ovayı sular ve ovanın veriminin artmasında büyük önem taşımaktadır. Buradan Erbaa Ovası'nı da sulayarak Erbaa -Taşova sınırındaki Boğazkesen denilen mevkide Yeşilırmak'a dökülür. Yeşilırmak Samsun il sınırlarına girer, Çarşamba'dan Karadeniz'e dökülür[3][4].
Kelkit Çayı yıllık ortalama debisi 70 m3/sn'dir[5]. Nisan ayında en fazla su taşıyan akarsu, en az suyu ekim ayında taşımaktadır. Bu açıdan yıllık akım açısından yağmurlu-karlı karmaşık rejime sahiptir.
Kelkit çayını derin ve çizgisel vadisi kütle hareketleri açısından etkin bir alan oluşturmaktadır. Sugözü köyüheyelanı 2005 yılında olmuş, 15 kişinin ölmesine yol açmıştır. 12,5 milyon m3 toprağın hareket ettiği olayda, 21 ev cami yıkılmış, 375 hayvan ölmüştür[8]. Bölgede 1970-2008 arasında 11 köy önemli heyelanlar yaşamıştır.
Kelkit Çayı fazla miktarda can kaybına yol açmaktadır. Özellikle sulama kanallarına yüzme veya akarsuya araç düşmesi şeklinde fazla miktarda ölümlü kaza olmuştur. 2006'da İstanbul-Van otobüsünün çaya devrilmesiyle 29 ölüm gerçekleşmiştir. 2007'de İstanbul-İran otobüsü çaya devrilmiş 4 kişi ölmüş, 28 kişi yaralanmıştır[9].
Kelkit Çayı'nın taşıdığı katı madde miktarı açısından Türkiye birincisidir ve değeri 692 ton/km2/yıl'dır[10]. Barajların ekonomik ömrü açısından akarsuyun taşıdığı katı yük miktarı önemlidir.