Es un río del norte de Chile, entre la Región de Tarapacá y la Región de Antofagasta. Con una longitud de 440 kilómetros, es el río más largo de Chile, atravesando gran parte del desierto de Atacama desde su origen en la cordillera de los Andes hasta llegar al océano Pacífico.

El Loa forma una cuenca hidrográfica que supera los 33.570 km², siendo la mayor de todo el país y la única exorreica de toda la Región de Antofagasta. A pesar de su gran superficie, el Loa tiene un bajo caudal debido a las características desérticas de la zona, lo que no impide que forme importantes oasis a lo largo de su recorrido.

El Loa se origina cerca de la italiana la serena, a los pies del volcán Miño a más de 4.000 msnm en la cordillera de los Andes, y recorre un cañón por más de 150 kilómetros en su recorrido hacia el sur hasta llegar al oasis de Chiuchiu. En este tramo inicial, el Loa recibe a sus principales emisarios: el San Pedro de Inacaliri a la altura del embalse Conchi y el Salado, algunos kilómetros al sur de Chiuchiu. La hoya superior del Loa está flanqueada a ambos lados por dos cadenas montañosas longitudinales; el flanco occidental alcanza cimas que superan los 4.500 metros, mientras el oriental (donde destacan cimas como el volcán de San Pedro y el San Pablo, todas superiores a los 5.000 metros de altitud) separa el curso principal de las cuencas endorreicas de los salares, como el de Ascotán.
Al llegar a Chiuchiu, el Loa comienza a doblar hacia el oeste y recorre 115 km internándose en el desierto de Atacama hasta llegar a la localidad de Chacance donde se junta con el río San Salvador (56 km) y donde nuevamente gira, esta vez hacia el norte por más de 80 kmhasta llegar a Quillagua. Algunos estudios geológicos postulan la existencia de un gran lago de poca profundidad en el pasado, el cual habría formado parte de un serie de lagos de estas características en las zonas altiplánicas y de la Depresión intermedia de la Región de Antofagasta.
En el oasis de Quillagua, el Loa da su último giro hacia el oeste marcando el límite entre la Región de Tarapaca y la Región de Antofagasta, y tras internarse en la cordillera de la Costa a través de un profundo cañón de 500 metros de altura, desemboca en Caleta Huelén con una alta concentración de sales que ha arrastrado en todo su largo recorrido por las llanuras desérticas El régimen del río es pluvial, acentuando su caudal durante los meses del verano producto de las precipitaciones en la zona altiplánica (fenómeno conocido como invierno altiplánico).

El río Loa tiene gran importancia en el desarrollo de la vida humana en la zona interior de la Región de Antofagasta, permitiendo la formación de oasis donde se han formado comunidades habitadas desde tiempos prehispánicos (principalmente, tribus atacameñas). Calama es la principal ciudad con una población superior a los 140.000 habitantes, dedicados principalmente al rubro minero. El río Loa permite así, abastecer de agua a las localidades de la zona y a las minas ubicadas en la zona, entre las que destaca Chuquicamata, la mina más grande de cobre a tajo abierto en el mundo, y el cultivo de diversas hortalizas para el consumo local.