Річка Ай витікає з Журавлинного болота, розташовує. між хребтами Ягідний (на півдні) та Уреньга (на півночі) на висоті близько 880 м за БС, за 70 км на південний захід від центру м. Золотоуста. Загальний напрямок течії північний захід.
Довжина – 549 км (з них: 271 км у Челябінській області, 278 км у Республіці Башкортостан), загальне падіння – 714 м, площа басейну – 15 тис. км². Швидкість течії вище Золотоуста 12-15 км/год, у пониззі – 5-6 км/год. на річці Ай розташовані міста Златоуст, Куса, Межовий Челябінської області.
У верхів'ях тече з північного сходу на південний захід територією Челябінської області. На території Республіки Башкортостан протікає з південного сходу на північний захід через Кігінський, Салаватський, Дуванський та Мечетлинський райони та впадає у річку Уфа за 392 км від її гирла на висоті менше 161 м над рівнем моря.
Основні притоки: Куса, Велика Арша, Кігі, Великий Ік, Ік – праворуч; Велика Сатка, Лемази, Мелекас – ліворуч. на річці Ай розташовані міста Златоуст, Куса, Межовий Челябінської області. Стік річки зарегульований двома водосховищами, ставками.