无虑河位于辽宁省北镇市中部地区，历史上曾被称为南沙河或东沙河，也有文献记载其上游为三义庙河，下游为减河。

无虑河的主干流起源于北镇市罗罗堡镇乡西侧的一座海拔606.5米的高峰。河水向北流经肉口袋沟，左侧汇入石门子水源。随后转向东北方向，经过桃园村时，左侧接纳了牵马岭、下马沟、大小杨胡沟等支流的水流。右侧则接收了石棚沟、大小尖山子等地的水流。继续前行，经过平房村时，右侧接受了五峰寺水，这些水源分别源自于护榛秸、马蹄印和芦花沟。接着，河流在张把屯附近曲折向北流动，左侧接受十里沟水的注入。之后，河流转向东北方，右侧接收到将军沟水，左侧则接收了灵耇寺水。流经吴屯、东甸子后，河流转向东南方向，左侧接收了石门底下的水以及十字口的水，右侧则接收了吐云寺水。在闵家店子、同乐堡一带，左侧接收了明禹沟水和小白屯水，右侧则接收了双峰寺水。河流继续向东偏南方向流淌，经过罗罗堡、大白屯南部，左侧接收了路屯水和邱屯水。然后，河流穿越沟北公路，经过马太堡南侧、满井子北部，到达李屯东北部，此时左侧接收了广宁河（三道沟河）。继续向南流经大亮甲（汉代无虑县遗址）烽火台西侧、庞屯、赖公堡子、柏沙河子东部。河流再次转向南方，经过韩屯、钮屯东部，在赵家屯车站西南部跨越沈山铁路。此后，河流向东偏南方向流动，经过陆家窝棚、四海屯（小黑鱼沟）西南部，最终东南流向西沙河。

无虑河全长约51公里，流域总面积约为307平方公里，其中平原区域约占61.7%，山丘地带约占38.3%。作为一条山溪性河流，无虑河上游地形崎岖陡峭，下游则较为平坦。整个河流的平均坡度为8‰。夏季降雨后，常发生山洪现象。中游河道蜿蜒曲折，下游两侧建有堤防设施。大亮甲至铁路桥段的安全泄洪能力可达每秒500立方米，能够保护大约4万亩的农田。铁路桥至四海屯段的安全泄洪能力达到每秒612立方米，可以保障5万亩农田免受洪水侵袭。通常情况下，无虑河水流量较小，各个渡口均可通行车辆。冬季结冰期间，整条河流都会冻结成冰。