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Marcillac-la-Croisille est bordée au sud-est sur quatre kilomètres par la Dordogne, au niveau du lac de retenue du barrage du Chastang. À l'ouest, le Doustre, affluent de la Dordogne, marque en partie la limite avec la commune de Saint-Pardoux-la-Croisille, notamment au niveau de la retenue du barrage de la Valette. Avant de se jeter dans la Dordogne, deux ruisseaux bordent la commune : à l'est le ruisseau de Saint-Merd, en limite avec la commune de Saint-Merd-de-Lapleau, et au sud-est le ruisseau de Gibiat avec celle de Gros-Chastang. Le ruisseau des Ogaries est également un affluent de la Dordogne, alors que le ruisseau de Marcillac ne traverse que la commune avant de se jeter dans le Doustre. Le barrage de la Valette, ou barrage de Marcillac, est en partie sur Marcillac-la-Croisille (rive gauche) et sur la commune de Saint-Pardoux-la-Croisille (rive droite).
