길이 91㎞. 유역은 고도 1,000m가 넘는 동개마고원지대로서 용암대지가 넓게 분포하며, 곳에 따라서는 백두산에서 분출된 화산재가 2m 이상 퇴적되어 있다.
기후는 연평균기온 5.7℃, 최고기온은 39.6℃, 최저기온은 -34.1℃로 한서의 차가 크다. 연강수량은 536.5㎜로 우리 나라의 과우지 중 하나이다. 토양은 흑갈색 식양토이고 해발 800∼1,000m의 고랭지이다. 고도가 높고 기온이 낮은 추운 지방을 흐르므로 여름철에도 수온이 매우 낮다. 산천어, 열목어와 같은 냉수어가 많이 서식한다.
상류의 지류로는 구운수(九雲水)·산암천(山巖川)·박하천(朴河川) 등이 있다. 유역 일대가 우리 나라 최대의 삼림자원과 지하자원의 보고로 알려졌으며 주요 수종은 낙엽송·전나무·가문비나무·잣나무 등이다. 해마다 많은 통나무가 생산된다.
한때 연면수는 상류에서 생산되는 목재의 뗏길로 이용되었다. 산업철도인 백무선(白茂線)이 하천유역의 계곡을 따라 개설됨으로써 지역발전에 크게 이바지하게 되었다.
연면수 유역은 본래 부여 및 고구려에 속한 뒤 발해가 멸망한 뒤에는 여진족이 살던 곳이다. 조선 초기에는 이 지역을 동량북(東良北)이라 하였다. 농업은 조방적인 화전농업으로 귀리·콩·조·메밀·피 등을 생산하며, 산간지대에서는 약초와 산삼 등을 많이 채취한다.