Die Bühler hat ihren Ursprung an den östlichen Hanglagen des Büchelberger Grats bei Pommertsweiler im Ostalbkreis. Dort gibt es eine Reihe von Wasseraustritten aus den Knollenmergeln. Als Quelle der Bühler festgelegt wurde der "Berrothsbrunnen". Die auf etwa 467 m ü. NHN entspringende Bühler fließt sehr beständig gen Nordnordwest, nirgends weicht ihr Lauf um mehr als 3 km von der geraden Linie zwischen Ursprung und Mündung. Bis zum Bühlertanner Teilort Kottspiel verläuft die Bühler in einem sanften Wiesental in den stark bewaldeten, aus wechselnden Sandstein- und Mergelschichten aufgebauten Waldbergen des Mittleren Keupers. Sie entspringt im zum Teilraum Limpurger Berge der Schwäbisch-Fränkischen Waldberge zählenden Sulzbacher Wald, bald danach zieht sie auf nordwestlichem bis nördlichem Lauf die Grenze zwischen diesem links und dem Unterraum Ellwanger Berge im Osten. Unterhalb von Pommertsweiler wird die Bühler zu den Hammerschmiedeseen aufgestaut. Auf dem letzten Stück vor Kottspiel reicht noch die ebenfalls zum Unterraum Limpurger Berge zählende Fischachbucht und Randhöhen bis ans linke Ufer. Nach diesem Weiler, wo der große linke Nebenfluss Fischach mündet, tritt sie in den Unterraum Vellberger Bucht der Hohenloher Ebene über. Die Talaue weitet sich merklich aus, ab hier fließt sie zunächst im Unteren Keuper, doch schon unterhalb von Bühlertann und vor dessen Nachbardorf Obersontheim stehen im zwischen den offenen Ebenen über dem oberen Hangknick enger werdenden Tal die harten Schichten des Oberen Muschelkalks an, die danach in der weitreichenden, das Tal querenden Senkungszone der Neckar-Jagst-Furche kurz wieder abtauchen. Bei Untersontheim beginnt mit der zweiten Laufhälfte das anfangs sehr enge Mäandertal, in welchem der Fluss bald in einer engen Schlinge zu Füßen der Veste Vellberg vorbeizieht. Etwa ab dem Sulzdorfer Weiler Anhausen, wo der Schwarzenlachenbach vom Dorf her mündet und wo seitlich am Einzugsgebietsrand auch die Sporne der Keuperberge über und neben den begleitenden Hochebenen enden, verortet man die Grenze zum nächsten Unterraum Haller Ebene. Nun steht Wald fast nur noch am Talhang. Nach dem Ilshofener Mühlenweiler Oberscheffach mündet der große rechte Nebenfluss Schmerach. Der Talgrund ist dort bis in den Mittleren Muschelkalk eingetieft, der geschlungene Talverlauf wendet sich nach Nordwesten und tritt in den letzten, zum Unterraum Mittleres Kocher- und Unteres Bühlertal der Kocher-Jagst-Ebenen gerechneten Naturraum ein, in dem etwa ab dem Wolpertshausener Talweiler Hopfach der Fluss im Unteren Muschelkalk fließt. Ab hier zeigt das Talprofil oft die typische Dreiteilung des Hangs mit einem steilen oberen Abschnitt, einem flacheren mittleren im Bereich der wenig erosionsresistenten Schichten des Mittleren Muschelkalks und einem wieder steilen in jenem der wieder härteren des Unteren Muschelkalks. Bei Brausnbach-Geislingen, inzwischen mehr als 150 Meter tief in die Hochfläche der Haller Ebene links und rechts eingegraben, mündet sie etwa einen Kilometer oberhalb der Kochertalbrücke über dessen Tal von rechts in den mittleren Kocher. Das Einzugsgebiet der Bühler umfasst 277 km² und naturräumlich gesehen nacheinander die genannten Teile der Schwäbisch-Fränkischen Waldberge, der Hohenloher Ebene und der Kocher-Jagst-Ebenen. Es wird begrenzt von dem Einzugsgebiet des sie aufnehmenden Kochers im Südwesten und Westen, gegenüber dem die Wasserscheide längstenteils auf der Hochebene der Limpurger Bergen verläuft; im Osten im südlichen Teil vom schlanken Einzugsgebiet der nahen gegenläufigen Blinden Rot, das in den anfangs bis ans rechte Bühlerufer reichenden Ellwanger Bergen liegt, sowie von dem der fernenen, über Nebenflüsse konkurrierenden Jagst im Nordosten. Der höchste Punkt des Einzugsgebietes liegt im Sulzbacher Wald auf dem 564,7 m ü. NN hohen Gipfel des am Südwestrand stehenden Altenbergs, auf dem der weithin sichtbare Altenbergturm steht. Die zwei längsten Nebenflüsse Fischach und Schmerach der Bühler sind etwa 14 km lang. Bemerkenswerterweise münden die Täler der größeren Nebengewässer vorzugsweise gegensinnig zur heutigen Fließrichtung der Bühler, ein Indiz für die frühere Zugehörigkeit der Bühler zum danubischen Flusssystem ebenso wie etwa die Orientierung der zum Oberlauf der Bühler in höchstens 7 km Abstand fast parallel, aber nach Süden fließenden Blinden Rot. Der Feuersalamander ist in den tiefen schluchtartigen Seitentälern der Bühler beheimatet. Selten kann man den Eisvogel beobachten. Häufiger dagegen geht die Wasseramsel unter der Wasseroberfläche auf die Jagd nach Wasserinsekten. Auf den Steinriegeln des unteren Bühlertals sonnen sich Eidechsen, an den dortigen südexponierten Talhängen kann man sommers zuweilen eine Kreuzotter treffen. Es wurden mehrere Fledermausarten nachgewiesen: Zweifarbfledermaus, Mopsfledermaus, Zwergfledermaus und das Große Mausohr. In der Bühler selbst leben Groppe, Strömer, Flusskrebs und Köcherfliegenlarven. Ob das Flussneunauge noch vorkommt, ist ungewiss. Auf ihrem Lauf verändert sich die Flora mit dem Wechsel der geologischen Schichten. Im oberen Bühlertal herrscht auf den Sandböden (Stubensandstein, Kieselsandstein, Schilfsandstein) der Nadelwald vor. An feuchten Stellen findet man nicht selten das Torfmoos (Sphagnum spec.), die Blaubeere (Vaccinum myrtillus), den Bärlapp (Lycopodium spec.), seltener den Rippenfarn (Blechnum spicant). An warmen Waldrändern ist die Rauhe Nelke (Dianthus armeria) häufig zu finden. Sehr selten ist die Arnika (Arnica montana). Bereits im Gipskeuper ähnelt die Flora der des Muschelkalks, besitzt aber dennoch ihren eigenen Charakter. Die Wälder bestehen nun überwiegend aus Laubbäumen. Im mittleren Bühlertal wachsen die Mücken-Händelwurz (Gymnadenia conopsea) und der Gewöhnliche Fransenenzian (Gentianopsis ciliata) auf wenigen kleinen Heideflächen. An den steilen Hängen des Muschelkalks ändert sich das Pflanzenkleid abermals. Oft beginnt bereits im Februar die Blüte der Stinkenden Nieswurz (Helleborus foetidus). Im zeitigen Frühling überziehen der Hohlknollige Lerchensporn (Corydalis cava) und der Bärlauch (Allium ursinum) in den Laubwäldern weite Flächen. Nicht allzu selten sind das Leberblümchen (Hepatica nobilis), der Wilde Hopfen (Humulus lupulus), die Türkenbundlilie (Lilium martagon) und die Echte Waldrebe (Clematis vitalba). Sehr selten dagegen sind der Hirschzungenfarn (Phyllitis scolopendrium) und die Mondviole (Lunaria rediviva). Die Schmallippige Stendelwurz (Epipactis leptochila) wurde im Jahr 2005 das erste Mal nachgewiesen. Vom Kochertal kommend ist der Zweiblättrige Blaustern (Scilla bifolia) ins Bühlertal ein Stück weit eingewandert. In seiner Nähe wächst oft der Wald-Gelbstern (Gagea lutea).
