A folyó hossza 4248 km,vízgyűjtő területe 1 643 000 km². Felső folyásának vízgyűjtője azAltaj hegységrendszerben fekszik, a vízgyűjtő terület nagyobbik része asztyepp és azerdős sztyepp övezetbe, alsó folyásának egy kisebb része atajga övezetbe tartozik.
A Mongol-Altaj hegyeiben kb. 2500 m magasságban, kínai területen ered, itteni folyásátFekete-Irtisnek(Kara-Irtis) nevezik. A Fekete-Irtis nagydeltát képezve a kazahsztániZajszan-tóba torkollik, ide fut le a környező hegyek többi folyója is. A tóból eredő és északnyugat felé tartó Irtisen több, bővizű mellékfolyóinak energiáit is hasznosítóvízerőmű létesült. A hegyek közül kiérve,Szemipalatyinszk várostól előbb a száraz kazah sztyeppen, majd a nagy kiterjedésűNyugat-szibériai-alföldön folytatja útját. A sztyepp övezetben kb. 1000 km-en át,Omszk városáig egyetlen jelentékeny mellékfolyója sincs. Omszk alatt az erdős sztyepp-, majd a tajga övezetbe érve folyása lelassul, völgye kiszélesedik, medre bizonytalanná válik, számtalan mellékágat alkot. Ezen a szakaszon veszi fel legnagyobb mellékfolyóját, aTobolt, utána északra fordul ésHanti-Manszijszk városánál ömlik az Ob folyóba.
Nagy vízgyűjtő medencéjéhez képest vízhozama viszonylag csekély. Alsó folyásán, elsősorban a Tobol torkolata alatt válik igazán bővízű folyóvá, itt árterülete helyenként a 20 km-t is eléri. Tavaszi áradásai a felső szakaszon a hegyekben lévő hó olvadásától függően több hullámban érkeznek; középső és alsó szakaszát tavasztól ősz elejéig egyenletesen magas vízállás jellemzi. A folyó Omszk körzetében átlagosan 163 napra, az Isim torkolatánál 176 napra befagy. Omszk városában azonban a folyóba engedett nagy mennyiségű ipari szennyvíz miatt nem áll be a jég.
A torkolattól felfelé kb. 3800 km-en át, a Zajszan-tóig hajózható. A hajózásnak, különösen a folyami szállításnak itt igen nagy a gazdasági jelentősége, mivel a hatalmas területhez képest a közúti és vasúti hálózat fejletlen.
Az Irtis vizét Kazahsztánban a folyótól távol esőKaraganda város ellátására is használják. Kínában szintén egy kb. 300 km hosszú csatorna építését tervezikKaramaj város vízellátási gondjainak megoldására.
A folyó felső szakaszán,Kazahsztánban több víztározót ésvízerőművet létesítettek főleg az ottani nagy iparvárosok,Uszty-Kamenogorszk ésSzemipalatyinszk víz- és áramellátására. Közülük legnagyobb aZajszan-tóval gyakorlatilag egybeépített, óriási méretűBuhtarmai-víztározó és vízerőmű. A víztározó1960-ban készült el: területe 5500 km², hossza 500 km, legnagyobb szélessége 35 km, tároló képessége 53 km³, közepes mélysége kb. 10 m. A víztározó tette lehetővé többek között a biztonságos teherhajózást a középső szakaszon egészenOmszkig.
