石头河支流众多，较大的有61条之多，几乎全部集中在斜口以上，其汇水面积约686平方千米，占总流域面积的88%以上；斜峪口以下基本无支流汇入，流域面积很小。根据水文特征、河床结构等差异，石头河可分为4段：五里峡至大蹇沟口段，即从源地北流至大蹇沟口，长约14千米，流域面积约160平方千米，全部穿行在花岗岩、片麻岩构成的高山峻岭之中，河谷窄狭，河床纵坡陡峻，比降达40-50‰，常水量为1.2立方米/秒，水流很急，河床沉积物以巨石和大粒径卵石为主，分选杂乱。河道在双岔子附近逐渐展宽，宽约400米左右，形成一些居民点，属典型的山地河谷河段；大蹇沟口至桃川盆地段，此段俗称桃川河，流向由北转向东，长约18千米，沿途有大蹇沟、沙沟峡、鹿台沟、保和沟等支流汇入，水量增加，常水量约5～6立方米/秒。枣园以下，河流进入桃川山间盆地，水流平稳，曲流阶地发育，形成400～1000多米的宽谷区，盆地西边的桃川镇(灵丹庙)是石头河上游山区最大的街镇；桃川盆地至斜谷关段，长22千米，在老爷岭处有一段长约8千米的峡谷，从白云峡口起，河流又由东转北，沿途有山岔峡、吉利沟、杨家河等支流汇入，流量显著增加，常年水量达30立方米/秒以上。河宽增为200～800米左右，平均比降下降到15‰左右。斜谷关至新庄段：长15.5千米，处于秦岭北坡山前丘陵和渭河平原地区 ......