Das Quellgebiet des Neckars liegt im Schwenninger Moos zwischen Villingen und Schwenningen. Seine "offizielle" Quelle liegt im Stadtpark Möglingshöhe in Schwenningen. Bis kurz vor Rottweil ist der Neckar ein kleiner Bach auf der Hochebene der Baar.

Erst durch den Zufluss der zu diesem Zeitpunkt erheblich größeren Eschach wird er zum Fluss. Zugleich tritt er in ein enges, waldreiches Tal ein, das seinen Lauf auf den nächsten etwa 80 Kilometern begleitet. Auf diese Weise bahnt sich der Neckar zwischen Schwarzwald und Schwäbischer Alb hindurch einen Weg nach Norden. Bei Horb weicht er vor dem Gäu nach Nordosten aus und fließt am Rande des Albtraufs entlang. Bei Rottenburg tritt er in das weite Tübinger Becken ein. Nach Tübingen verengt sich das Tal wieder.

Bei Plochingen macht der Neckar einen scharfen Knick nach Nordwesten. Zugleich wird er durch den Zufluss der Fils schiffbar. Durch Schifffahrt und vor allem durch die Nähe der Landeshauptstadt Stuttgart beherrschen von nun an Industriebetriebe und enge Besiedlung den Lauf des Flusses. Ab Esslingen prägen zusätzlich Weinberge das Landschaftsbild.

Hinter Stuttgart nimmt der Neckar auf seinem kurvenreichen Lauf durch den Landkreis Ludwigsburg die Wasser von Rems, Murr und Enz auf und wird so zu einem sehr breiten Fluss. Im Unterland in der Gegend um Heilbronn durchläuft der Neckar wieder eine offene Landschaft. Danach tritt er zwischen Bad Wimpfen und Mosbach in den Odenwald ein, wo erneut bewaldete Hänge sein Ufer säumen. In großem Bogen läuft der Neckar nun auf Heidelberg zu, wo er in die Rheinebene eintritt. Kurz danach mündet er bei Mannheim in den Rhein.