Длина 234,1 км, в пределах РТ – 206,6 км. Площадь бассейна 6200 км2.

Исток и верховья на территории Самарской области, в РТ протекает по территории Лениногорского, Черемшанского, Альметьевского, Новошешминского, Нижнекамского и Чистопольского районов.

До создания Куйбышевского водохранилища Шешма впадала в Каму в 14 км к северо-западу от села Старошешминск Нижнекамского района, ныне русло реки ниже села Елантово и села Кармалы находится под подпором водохранилища и представляет собой так называемый Шешминский залив.

Абсолютная высота истока 260 м, устья – 53 м. Водосбор Шешмы представляет собой возвышенную волнистую равнину, расчлененную густой сетью асимметричных террасированных речных долин, балок и оврагов. Лесистость бассейна 24%. Долина в верховьях V-образная, шириной 0,9-1,2 км, на остальном протяжении трапецеидальная, шириной 3-4 км.

Правый склон долины высокий (20-55 м), местами очень крутой (56-60°); левый склон пологий (5-10°), плавно сливается с прилегающей земной поверхностью. Пойма на большом протяжении реки двусторонняя, местами чередуется по берегам; шириной от 100-300 м в верховьях и до 2 км в приустьевой части. Русло извилистое, неразветвленное, с неравномерным чередованием плесов и перекатов.

Глубокина реки 2-3 м на плесах и 0,5-0,9 м на перекатах. Скорость течения на плесах 0,1-0,2 м/с, на перекатах – 0,4-0,8 м/с. Берега крутые (20-450), местами обрывистые, поросшие мелким кустарником, высотой над меженным урезом воды 3-4 м.

Принимает 66 притоков длиной от 0,4 до 110 км, наиболее крупные: Урдалинка (11,4 км), Урдалка (12,7 км), Лесная Шешма (52,1 км), Каратай (11,4 км), Кувак (30,7 км), Вятка (17,3 км), Чумачка (12,5 км), Багряжка (10 км), Шегурчинка (13,8 км), Кичуй (110 км) – правые; Большая Каменка (17,4 км), Секинесь (29,7 км), Челна (21,6 км), Толкишка (49 км) – левые. Густота речной сети 0,38 км/км2.

Эрозионные процессы на водосборе, усилившиеся с середины XX века, привели к уменьшению длины Шешмы и сокращению количества ее притоков (с 74 до 66).

Наблюдения за режимом реки велись на 28 гидрологических постах. С 1934 года они ведутся у села Слобода Петропавловская Новошешминского района.

Река средней водности, многие ее притоки зарегулированы прудами. Питание смешанное, на долю снегового приходится около две трети. Средний многолетний слой годового стока в бассейне 110-145 мм, слой стока половодья 60-80 мм.

Весеннее половодье начинается в конце марта и продолжается до конца апреля. Максимальные расходы воды на реке: у села Старый Кувак Лениногорского района 435 м3/с (1979), у села Слобода Петропавловская 625 м3/с (1947), 460 м3/с (1979). Летняя межень устойчива. Средний многолетний меженный расход воды в устье 8,8 м3/с. Модули подземного питания от 5-10 л/с·км2 в верхней и средней части бассейна до 1 л/с·км2 в его нижней части.

В бассейне Шешма много родников с дебитом от 0,5-1 до 2-3 л/с.

Замерзает река в середине ноября. Продолжительность ледостава 120-150 дней. Толщина льда к концу зимы достигает 60-70 см (максимальный 110 см). В местах выхода грунтовых вод образуются полыньи.

Вода гидрокарбонатно-хлоридно-кальциевая; весной жесткая (6-9 мг-экв/л) от верховьев реки до устья реки Кичуй и умеренно жесткая (3-6 мг-экв/л) в нижнем течении; зимой очень жесткая (9-12 мг-экв/л) на всем протяжении. Общая минерализация 200-400 мг/л весной и 500-700 мг/л зимой и летом. Средняя мутность в период межени 180-230 г/м.

Шешма – памятник природы РТ (1978).

В ее бассейне расположены памятники природы Лесные культуры ели и лиственницы 1910-1913 годов, Выход асфальтита, Чершилинская сурковая колония, Урганчинский заказник, природный заказник Склоны Коржинского.