La Flåmselvi traverse la vallée sur toute sa longueur, et le train la longe pendant la majeure partie du trajet entre Flåm et Kjosfossen. Il s'agit d'une rivière protégée : aucune installation hydroélectrique n'y est autorisée, ce qui explique pourquoi ses cascades coulent encore librement alors que tant d'autres en Norvège ont été exploitées pour produire de l'électricité.
C'était autrefois une célèbre rivière à saumon. Les Anglais s'y sont rendus au XIXe siècle, comme ils l'ont fait sur d'autres cours d'eau à travers la Norvège, et la pêche y était si abondante que les habitants disaient en plaisantant qu'il fallait manger du saumon trois fois par jour. La rivière abrite encore aujourd’hui des saumons pouvant atteindre 20 kilos, ainsi que des truites de mer pesant jusqu’à 8 kilos. Les anciennes plates-formes de pêche sont toujours visibles le long des berges : il s’agit de structures en pierre construites pour offrir aux pêcheurs les meilleurs emplacements. Un important éboulement survenu en 1965 a emporté une partie de la voie ferrée et modifié certains des légendaires bassins de pêche.
En octobre 2014, après plusieurs jours de pluies torrentielles, la rivière a débordé, provoquant la pire crue depuis 200 ans. Flåm s’est retrouvée complètement coupée du monde. Trois maisons ont été emportées, des ponts détruits, et 22 personnes ont dû être secourues par hélicoptère. L'école de la vallée a fermé ses portes, et il a fallu des mois pour rétablir le cours de la rivière. Un chercheur a déclaré par la suite que c'était « un pur coup de chance » que personne n'ait perdu la vie.
