Der längste, von der Mündung am weitesten entfernte und wasserreichste Ast ist der Schwarze Kocher, der etwa 1 km südlich von Oberkochen an der westlichen Talwand an den Tag tritt mit einer Schüttung, die zwischen 50 und 4000 Liter pro Sekunde schwankt (Kocherursprung). Er entwässert weite Teile des fast vollständig bewaldeten nordöstlichen Albuchs. Weitere örtliche Zuflüsse sind der lediglich 150 m lange und heute komplett verrohrte Rote Kocher, der von den Quellen im Oberkochener Ölweiher gespeist wird, der Katzenbach sowie der aus einem Seitental zufließende Langertbach. Der zweite bedeutende Zufluss ist der Weiße Kocher; seine Quellaustritte liegen in zwei kleinen Seitentälern östlich von Unterkochen (Ursprung des Weißen Kochers), er entwässert ca. 20 Quadratkilometer des Härtsfeldes und vereint sich noch in Unterkochen mit dem Schwarzen Kocher. Neben diesen namentlichen Quellflüssen muss nach hydrografischen Kriterien als Hauptquellast die Lein gelten, da sie bei ihrer Mündung etwas mehr Wasser führt und den Kocher-Oberlauf bis dorthin an Länge um etwa 33 km übertrifft. Zwischen Unterkochen und Aalen verlässt der Kocher die Alb und fließt dann auf den nächsten knapp 10 km nördlich durch die hügelige Schwarz- und Braunjura-Landschaft des Wellands bis nach Hüttlingen. Dort kehrt er sich abrupt nach Westen und erreicht Abtsgmünd, wo ihm von links die Lein zufließt und wenig später von rechts die Blinde Rot. Ab hier entwickelt er Talmäander im Keuper, erreicht Untergröningen, dreht sich mehr und mehr nach Norden, nimmt in Sulzbach-Laufen von rechts den Eisbach auf und kurz vor Gaildorf noch von links die Fichtenberger Rot. In inzwischen schon nördlicher Richtung verlässt er bei Westheim nach Aufnahme der aus dem Rosengarten entgegenfließenden Bibers das Keuperbergland und beginnt sein Mäandertal im Muschelkalk. So erreicht er Schwäbisch Hall, wendet sich bei Untermünkheim kurz bis Geislingen am Kocher von Nord nach Nordost ("Kochereck"), um dann nach Zufluss der Bühler von rechts bis Künzelsau-Kocherstetten in der alten nördlichen Richtung weiterzuziehen. Dort wendet er sich in einem weiten Bogen langsam nach Westen und dann Südwesten bis etwa nach Ohrnberg, passiert dazu erst Künzelsau selbst und nimmt im Weiteren auf diesem Abschnitt drei größere Zuflüsse von links auf: die Kupfer bei Forchtenberg, die Sall bei Sindringen und bei Ohrnberg schließlich die Ohrn. Über seinen restlichen Verlauf zieht der Fluss in ungefähr westlicher Richtung, passiert Neuenstadt am Kocher, wo ihn wiederum von links die Brettach erreicht, und mündet schließlich bei Bad Friedrichshall-Kochendorf von rechts in den Neckar. Auf langen Strecken seines Laufes begleitet ihn rechts ziemlich nahe die Jagst, weshalb ihn nur wenige größere Nebenflüsse von rechts erreichen. Die Quellen liegen im Weißen Jura. Zwischen Hüttlingen und Abtsgmünd beginnt der Keuper. Bei Gaildorf erreicht der Kocher die Schichten des Muschelkalk, die ihn bis zu seiner Mündung begleiten. Nur zwischen Ingelfingen und Niedernhall tritt eine geringe Fläche Buntsandstein zutage. Der Kocher ist, gemessen am langjährigen Jahresmittel der Wasserführung, der zweitgrößte Nebenfluss des Neckar nach der Enz. Er übertrifft seine rechte Begleiterin, die Jagst, deren Einzugsgebiet schmaler ist. Wie durch Färbeversuche belegt ist, bezieht der Kocher ebenso wie sein Nebenfluss Bühler auf unterirdischem Wege Wasser aus der Jagst und ihrem Einzugsgebiet, deren Flussbett im Durchschnitt etwa 40 Meter höher liegt und in verkarstungsfähigen Gesteinen verläuft. Anfang des 19. Jahrhunderts wurde wegen dieses Wasserverlustes der Jagst bei Crailsheim das Flussbett an einer Versickerungsstelle ausbetoniert, da in trockenen Sommern der Fluss unterhalb von ihr bis hinab nach Dörzbach fast trocken fiel, und so das Wasser zum Betrieb der Mühlen fehlte. Die nahe Konkurrenz der Jagst macht dennoch den Kocher, an seiner Länge gemessen, zu einem Fluss mit verhältnismäßig bescheidenen Ausmaßen. Die Fauna entlang des Kochers unterscheidet sich zu den benachbarten Flusstälern der Jagst nicht sehr viel. So findet der Eisvogel auch im Kochertal zwischen Westheim und Braunsbach zum Teil noch geeignete Stellen, um seine Brutröhren in die Böschungen am Ufer zu graben. Im Winter kann eine größere Kolonie des Kormorans am Flussufer bei Schwäbisch Hall beobachtet werden. Eisvögel und Kormorane werden inzwischen auch im Raum Ingelfingen des Öfteren beobachtet. Im Limpurger Land nistet auf einer feuchten Wiese am Rande des Kochers der im Landkreis Schwäbisch Hall seltene Kiebitz. Der Uhu und der Wanderfalke sind aus dem Kochertal nahezu verschwunden. Die wenigen Brutpaare ziehen in stillgelegten Steinbrüchen oder an schwer zugänglichen Muschelkalksteilwänden ihre Jungen auf. Eine größere Dohlenkolonie gibt es in der Großcomburg in Schwäbisch Hall-Steinbach. Das Reh, der Feldhase, der Rotfuchs und der Dachs zählen zu den häufigsten Säugern im Kochertal. In jüngerer Zeit ist der Biber zugewandert. Am Kocher lässt sich eine Mehrzahl an einheimischen Libellenarten beobachten. Neben der Blauflügel-Prachtlibelle, der Gebänderten Prachtlibelle, der Großen Königslibelle ist es unter anderem der Blaupfeil, der über die Wasseroberfläche des gemächlichen Flusses jagt. In den letzten Jahren konnten auch Wärme liebende Libellen wie die Feuerlibelle oder die Kleine Zangenlibelle im Kochertal nachgewiesen werden. Weitere Indikatoren für die Klima-Erwärmung der letzten Jahrzehnte sind die im Sommer auf den Wiesen im Kochertal häufigen Radnetze der Wespenspinne und die Blütenbesuche der Holzbiene und des Taubenschwänzchens in den umliegenden Siedlungen. Das Kochertal beherbergt eine Vielzahl an einheimischen Schmetterlingen. Neben dem im Frühjahr aktiven Aurorafalter sind vor allem das Tagpfauenauge, der Schachbrettfalter, das Kleine Wiesenvögelchen und der Hauhechel-Bläuling häufig vertreten. Nicht ganz so häufig sind der Perlgrasfalter, der Kleine Eisvogel und der Mauerfuchs. In den Laubwäldern und an sonnigen Waldlichtungen oberhalb des Flusstals sind das Waldbrettspiel und der Russische Bär häufige Besucher an Blütenpflanzen. In den sonnigen Hängen und Weideflächen oberhalb des Kochertals finden Widderchen wie das Sechsfleck-Widderchen oder das Esparsetten-Widderchen einen geeigneten Lebensraum. Auch der Schwalbenschwanz und der Kleine Feuerfalter halten sich dort häufiger auf. In den letzten Jahren konnte im Frühherbst auch der aus dem Süden einwandernde Postillon auf den sonnigen Hängen oberhalb des Kochers beobachtet werden. Auf feuchten Wiesen, in Sümpfen und kleineren Teichen leben Amphibien wie Grasfrosch, Erdkröte und Bergmolch. In den umliegenden feuchtkühlen Bachklingen findet der Feuersalamander ein auf seine Bedürfnisse abgestimmtes Biotop. An Wegesrändern im Kochertal kommen die Zauneidechse sowie die Schlingnatter vor. Sehr oft anzutreffen ist die Blindschleiche. Die scheue Waldeidechse bekommt man eher selten zu Gesicht. An Fischen kommen im Kocher vor: Gründling, Rotauge, Döbel, Laube, Schneider, Schmerle, Hasel, Barbe, Flussbarsch, Bitterling, Aal, Nase, Stichling, Brachse, Hecht, Elritze, Giebel, Wels, Koppe, Güster, Blaubandbärbling, Schleie, Rotfeder, Karpfen, Bachforelle, Kaulbarsch und Zander. Am Oberlauf des Kochers sind die Talhänge größtenteils bewaldet. Die Rotbuche ist die dominierende Baumart. In diesen Wäldern wächst unter anderem das Rote Waldvöglein. Oft sind nur Triebe ohne Blüten zu finden. Die unbewaldeten Flächen sind, wenn sie nicht landwirtschaftlich genutzt werden, oft Wacholderheiden. Pflanzen wie die Silberdistel, die Golddistel, das Tausendgüldenkraut, die Karthäuser-Nelke und die Gewöhnliche Kuhschelle sind hier zu finden. Nur noch vereinzelt kommt die Graslilie vor. Im mittleren Kochertal wächst an einem feuchten Nordhang die Quirlblättrige Zahnwurz. Dieses und wenige weitere Vorkommen in nicht weit entfernten schluchtartigen Seitentälern sind die einzigen Vorkommen dieser Art in Baden-Württemberg. Beide Standorte sind Naturschutzgebiete, jedoch wurde eines der beiden Vorkommen durch großflächige Rodung nahezu vernichtet. Eine weitere Rarität ist die Gemeine Schachblume, deren Bestände an den wenigen Standorten stetig abnehmen. Die Türkenbundlilie blüht von Ende Mai bis Mitte Juni. An sonnigen Waldlichtungen ist der giftige Rote Fingerhut anzutreffen. Meist entlang der in den Kocher mündenden Bäche wachsen Wechselblättriges und Gegenblättriges Milzkraut. Das Gegenblättrige Milzkraut hat hier einen Verbreitungsschwerpunkt in Baden-Württemberg. Rückläufige Bestände weisen mittlerweile der Knöllchen-Steinbrech und die Trollblume auf. Der Zweiblättrige Blaustern kommt an geeigneten Standorten oft in größeren Beständen vor. Das Kochertal ist das größte der wenigen Gebiete in Baden-Württemberg, wo Blaustern und Leberblümchen gemeinsam vorkommen. Eine äußerst seltene Pflanze im mittleren Kochertal ist das Brandknabenkraut. Viele Vorkommen sind bereits erloschen. Das Purpur-Knabenkraut ist ebenfalls nicht mehr häufig. Das mittlere und untere Kochertal ist im Gegensatz zum benachbarten Jagsttal ärmer an botanischen Besonderheiten. Verantwortlich dafür ist zum einen der Weinbau, der ab Künzelsau große Flächen einnimmt, zum anderen ist das Kochertal weniger „verwinkelt“ als das Jagsttal. Magerwiesen und Halbtrockenrasen sind daher selten. Dennoch kommen an wenigen Standorten der Frühlings-Enzian, Kreuz-Enzian und die Bienen-Ragwurz vor. Die häufig braune Wasserfärbung des Kochers rührt nicht von einer schlechten Gewässergüte her, sondern ergibt sich durch den mitgeführten Schlamm. Der Kocher hat einen größtenteils natürlichen Flusslauf. Die industrielle Bedeutung des Flusses ist eher gering. Abgesehen von touristischen Kanutouren wird er wegen zu geringer Breite und Tiefe nicht mit Schiffen befahren. An den südlichen Hängen um Ingelfingen und Niedernhall wird Wein angebaut, die Lage nennt sich Kocherberg. Der Wein wird fast ausschließlich über die örtlichen Genossenschaften vermarktet; die Kochertalkellerei in Ingelfingen ist die größte im württembergischen Weinbaubereich Kocher-Jagst-Tauber. Die Ausschilderung und Ausbau des Kocher-Jagst-Radwegs (aus zwei Talradwegen) hat zum Aufschwung des Tourismus in der Region beigetragen. Auf Grund des enormen Holzbedarfs der hällischen Salzsieder wurde schon sehr früh auf dem Fluss Brennholz geflößt. 1399 wird in einem Vertrag zwischen den Schenken von Limpurg und der Stadt Hall der Haalfloß bereits als von altem Herkommen bezeichnet. Geflößt wurden ca. 3 m lange und zwischen 10 und 50 cm dicke Blöcke. Jährlich wurden etwa 600.000 dieser Scheite auf dem Fluss transportiert. Zu der großen Menge trug auch die floßtechnische Erschließung einiger Nebenflüsse (u. a. Lein, Blinde Rot und Fichtenberger Rot) bei; der Kocher selbst war ab Abtsgmünd flößbar. Da der Wasserstand dieser Flüsse zum Flößen oft nicht ausreichte, wurden an den Oberläufen Schwellweiher (Treibseen) angelegt, die Wasser stauten und den fürs Flößen notwendigen "Schwall" erzeugen konnten. Beispiele dafür im Einzugsgebiet des Kochers sind der Treibsee bei Bühlerzell sowie der Bergsee bei Gschwend. Eine Besonderheit der Flößerei auf dem Kocher war das sogenannte Floßmal – mehrere einzigartig angeordnete Kerben –, das auf jedem Scheit angebracht wurde. In Hall wurde beim Ausziehen jeder Holzblock geprüft und dem Einwerfer gutgeschrieben.
