Питание смешанное снегодождевое — кроме весеннего паводка, имеют место дождевые летние паводки[4]. Среднегодовой расход воды в 52 км от устья — 136,2 м³/с[6]. Половодье в апреле — июне (39 % годового стока), летне-осенние паводки. Ледостав с октября по май, ледоход осенью около 22 дней, весной — 7 (заторы).
Бассейн реки обеспечивает кратчайший путь от реки Ангары в бассейн реки Лены, что активно использовалось в XVII—XIX веках. Так называемый Ленский волок проходил от Илима к притокам Лены — рекам Муке, Куте — и активно применялся для транспортных связей с Якутией[4]. До заполнения водохранилища ГЭС в среднем течении реки располагался город Илимск, который после завершения строительства гидроэлектростанции был затоплен. Часть острога и другие исторически значимые сооружения были эвакуированы в Иркутск.
В честь реки в Москве названа улица Илимская (до 1965 года — Заводская).
↑Ресурсы поверхностных вод СССР: Гидрологическая изученность. Т. 16. Ангаро-Енисейский район. Вып. 2. Ангара / под ред. Т. С. Кирилловой, Н. Н. Корчажниковой. — Л.: Гидрометеоиздат, 1965. — 224 с.