Основной водной артерией района является речная-озерная система река Оуланкайоки-озеро — Паанаярви-река Оланга. Площадь ее водосбора составляет около шести тысяч квадратных километров. Из этой площади охраняется на финляндской стороне всего немногим более 20% на российской стороне почти 100%. Длина реки Оуланкайоки в Оуланкском национальном парке по прямой составляет около 80 км. Поскольку она сильно петляет в русле, то со всеми меандрами ее длина значительно больше. В верховье река имеет два притока: реки Савинайоки и Маанинкайоки. Перед Государственной границей с Россией в нее впадает река Киткайоки и на российской стороне, прямо перед озером Паанаярви –река Куусинкийоки.
В озеро Паанаярви, кроме реки Оуланкайоки, с севера впадают четыре речки: Совайоки, Мянтюйоки, Астервайоки и Малинайоки, и с юга — Селъкяйоки. Водосборы этих рек небольшие, по порядку перечисления выше: 432, 48, 95, 22 и 86 кв.км. Основное русло реки Совайоки паанаярвские жители называли Тервайоки, а верховье реки Астервайоки — Муткайоки.
Низкогорный рельеф обусловливает горного типа продольный профиль рек, с многочисленными порогами и живописными водопадами. Интересны каскады водопадов на реках Мянтюйоки и Селькяйоки. В былые времена на них действовали водяные мельницы. Сейчас от них остались каменные мельничные круги и остатки фундаментов.
На реке Оланга, недалеко от современного устья, расположен порог Киваккакоски. Сейчас это самый крупный нерегулированный порог в Карелии, его высота около 12 м, а среднегодовой сток воды составляет 63 кубометра в секунду. Он слышен за несколько километров. Всего на реке от Паанаярви до Пяозера 13 порогов. Они чередуются с живописными плесами. Река Оланга впадает в Кумское водохранилище. После строительства дамбы Кумской ГЭС в начале 60-ых годов уровень воды в Пяозере поднялся на 9 м, и оно соединилось с Топозером в единое водохранилище площадью около 3000 кв.км. Приустьевая часть реки Оланга была затоплена вместе с полями и фундаментами строений переселенной деревни Олангасуу. Вдоль берегов на многих участках затопленным оказался прибрежный лес. Даже после 35 лет часть мертвых деревьев продолжает стоять в воде. Раньше у реки Оланга был еще один приток — Нуорусенйоки. Сейчас она впадает прямо в Пяозеро, в затопленную часть губы Олангалакша.
В национальном парке «Паанаярви» более 120 озер. Около 40 из них площадью более 100 га. Озера расположены в основном группами в равнинных понижениях между горными массивами, на отметках 200-300 метров над уровнем моря. Озера Исо-Сиэппиярви и Соваярви находятся в водной системе реки Совайоки, а Селъкяярви — в системе реки Селькяйоки, Река Муткайоки берет свое начало из озер Исо- и Пиени-Нуупаярви.
Большинство озер приурочено к разломным депрессиям в коренных породах. Они узкие, глубокие (более 30 м), линейно вытянутые и с крутыми скальными берегами. Нередко вдоль разломов вытянуты целые цепочки озер. Котловины озер Соваярви и Селъкяярви занимают естественные понижения в ядрах складок в коренных породах, их глубина намного меньше. Мелкие неглубокие озера встречаются в болотах, на склонах и даже на вершинах гор.
В крупной депрессии разлома расположено самое большое озеро района — Паанаярви, длиной 23,5 км, шириной 1-1,5 км и глубиной до 128 м. Озеро русловое, через него проходят все потоки, берущие начало в бассейне реки Оуланкайоки в Финляндии. В реках Оуланкайоки и Киткайоки вода по составу близка к природной, а в Куусинкийоки значительно эфтрофирована сельскохозяйственным производством и рыборазведением. По-видимому, именно этот приток является причиной загрязнения вод в Паанаярви в последние годы, что было установлено диатомовым анализом донных осадков.
Во всех малых реках, озерах и многочисленных ручейках вода исключительно чистая, все они подпитываются родниками. Родники встречаются вдоль склонов и у основания крутых уступов всюду. Вокруг родников нередко образуются небольшие болотца с холодолюбивой растительностью.