Левый приток реки Кама.

Длина 211,3 км, площадь бассейна 5 тысяч км2. Протекает по территории Лениногорского, Бугульминского, Альметьевского, Заинского и Нижнекамского районов.

Исток находится на восточных склонах Бугульминско-Белебеевской возвышенности, южнее села Михайловка Лениногорского района, устье – в 4 км к западу от села Нижнее Афанасово Нижнекамского района. Ниже устья реки Лесной Зай река носит название Зай.

Абсолютная высота истока 240 м, устья – 53 м. Долина в верховьях каньонообразная, узкая (до 1,5 км) и глубокая; в среднем и нижнем течении – асимметричная, трапециевидная, шириной до 2-3,5 км. Ее правые склоны в верхнем и среднем течении (до города Заинск) возвышаются над урезом воды на 100-200 м, образуя крутые, местами обрывистые уступы. Правый склон долины покрыт сосновыми и смешанными лесами.

Лесистость водосбора 25%. Пойма двусторонняя, наиболее развита по левобережью, шириной до 3 км, в нижнем течении реки заболочена. Русло устойчивое, слабоизвилистое, песчано-илистое, шириной в низовьях от 15-25 м в период летней межени до 40-80 м в период весеннего половодья. Средняя глубина реки 0,4-0,6 м на перекатах и 1-1,5 м на плёсах; в период половодья глубины увеличиваются до 2-3 м. Средняя скорость течения 0,25-0,3 м/с, в местах сужения русла достигает 1,4-1,5 м/с.

Имеет 68 притоков, наиболее крупные: Бугульминский Зай (52 км), Урсала (26,6 км), Лесной Зай (60,8 км), Зыча (40,2 км) – правые; Зай-Каратай (27,9 км), Шумышка (18,8 км), Сарапала (18,9 км), Шипка (15 км), Иныш (18 км) – левые. Густота речной сети 0,31 км/км2.

Гидрологический режим изучается на посту у села Старое Пальчиково Заинского района (с 1958 года). Средний многолетний слой годового стока в бассейне от 100 до 130 мм, слой стока половодья от 63 до 80 мм. Весеннее половодье начинается в конце марта – начале апреля и продолжается около 40 дней.

Средние годовые колебания уровня воды у поселка городского типа Русский Акташ Альметьевского района 3,3 м (максимальный 3,9 м), у села Старое Пальчиково 3,4 м (максимальный 5,3 м). Максимальные расходы воды: 610 м3/с (1963, город Заинск), 456 м3/с (1979, поселок городского типа Русский Акташ).

Летняя межень устойчивая, наблюдается в августе. Средний многолетний меженный расход воды в устье 6,15 м3/с. Модуль подземного питания от 5-10 л/с·км2 в верховьях до 0,2-0,5 л/с·км2 в нижнем течении.

Ледостав продолжается 110-130 дней с конца ноября до начала апреля. Толщина льда в конце зимы достигает 50-72 см. Максимальная толщина льда (115 см) отмечалась в 1969 году вблизи поселка городского типа Русский Акташ.

Вода в верховьях гидрокарбонатно-сульфатно-кальциевая, с минерализацией 300-600 мг/л, вниз по течению меняется от гидрокарбонатно-хлоридно-кальциевой до хлоридно-гидрокарбонатно-натриевой. В период весеннего половодья минерализация воды 700-1800 мг/л. Вода жесткая (6-9 мг-экв/л) весной и очень жесткая (12-20 мг-экв/л) зимой и летом.

Средний многолетний расход взвешенных наносов у поселка городского типа Русский Акташ 1,8 кг/с, у села Старое Пальчиково – 11 кг/с. Средний годовой модуль стока взвешенных наносов соответственно 24 т/км2 и 77 т/км2.

Степной Зай – одна из крупных рек лесостепной зоны РТ, важный источник водоснабжения. В бассейне реки – Заинское (объемом 63 млн м3) и Карабашское (52,4 млн. м3) водохранилище. На реке расположены города Альметьевск, Заинск, поселки городского типа Карабаш, Нижний Мактама, Русский Акташ и другие.

Степной Зай – памятник природы РТ (1978). В бассейне реки находятся природные заказники Адонисовый лес, Владимирский склон, Казанкинский заказник; памятники природы Ново-Александровский склон, Акташский провал, Карабашская гора, Бухарайский бор.