По оценке Е. М. Поспелова, из ряда возможных наиболее предпочтительная происходит от древнетюркского тагыл — «горная местность»[2].
Длина реки — 414 км, площадь бассейна — 10,1 тыс. км². Тагил берёт начало на восточном склоне Среднего Урала, место истока — гора Перевал в 7 км к западу от Новоуральска. Река течёт преимущественно на северо-восток и впадает в Туру возле села Болотовского, в 16 км выше по течению посёлка Санкино. В верховьях Тагила есть пороги, в низовьях река довольно извилиста.
Питание смешанное, с преобладанием снегового. Колебания уровня воды за год порядка 3,3 м. Среднегодовой расход воды — 40 м³/с, средний уклон ~ 1 м/км. Замерзает в начале ноября, вскрывается во второй половине апреля.
На Тагиле расположены Верхнетагильское, Ленёвское и Нижнетагильское водохранилища, города Верхний Тагил и Нижний Тагил.
По данным государственного водного реестра России, река Тагил относится к Иртышскому бассейновому округу. Речной бассейн — Иртыш, речной подбассейн — Тобол (российская часть бассейна), водохозяйственный участок — Иртыш от впадения реки Ишим до впадения реки Тобол[3].