土库溪位于台中盆地，属于乌溪水系，为旧旱溪的支流，流域分布于台中县乌日乡、台中市及台中县潭子乡，因流经土库聚落 (今西区土库里) 而得名。

土库溪发源于葫芦墩圳系统的牛稠分线 (龙圳沟)，源头位于台中县潭子乡栗林村祥和新庄社区东南侧之四张犁支线与牛稠分线分流处。牛稠分线于分流后大致向南南西流至头家村 (头家厝) 西侧台中县、市交界处，改称土库溪。

土库溪中游原本介于麻园头溪与梅川之间，并且于南屯路一段、二段交界处南方纳入麻园头溪。经过多次河川整治后，原上游河段土库溪流经尾张地区与陜西路后，已经改道沿文心路三段及华美街二段，于华美西街二段与文心路三段交会处注入麻园头溪，变成麻园头溪的支流，其他原本中游河道或已消失、或因加盖而变成地下排水箱涵及经国园道。原土库溪中游的地下排水箱涵出口，在新田心桥(南屯路一段、二段)南侧与麻园头溪会合，以下河道仍旧称为土库溪。土库溪续向南转西南流至台中县乌日乡交界处，再汇入支流枫树脚溪 (即南屯溪)。之后，随后南流进入乌日乡而注入旧旱溪。

但由于整治后的麻园头溪河面宽、流量大，而土库溪中游消失，因此亦有将合流后的土库溪下游河段，均泛称之为麻园头溪者。

土库溪下游流经台中市文心南路后，沿岸景观开始出现紊乱，而且工厂林立，完全不同于中游市区河段。

水系主要河川

土库溪：台中县乌日乡、台中市、台中县潭子乡 麻园头溪：台中市、台中县潭子乡 枫树脚溪：台中市、台中县乌日乡