Oberlauf

Die Streu entspringt dem Streubrunnen im thüringischen Teil der Rhön südöstlich des Berges Ellenbogen (813 m ü. NHN) auf dem Gebiet von Frankenheim. Die Quelle liegt im Streuwald im Naturschutzgebiet Rhönkopf-Streufelsberg, direkt an der Grenze zur Gemeinde Oberweid. An dieser Stelle wird auch das verschwundene Dorf Streu vermutet. Die junge Streu fließt nach Ostsüdosten, gelangt auf das Gemeindegebiet von Erbenhausen und erreicht nach etwa 1,9 km die Landesgrenze zu Bayern.

Dort verläuft sie auf dem Stadtgebiet von Fladungen, unterhalb des nördlichsten Punktes des Bundeslandes vorbei, für etwa 1,5 km auf bayerischem Gebiet, ehe sie wieder nach Thüringen wechselt. Der Bach ändert dort allmählich seine Fließrichtung nach Südsüdosten und fließt am Dorf Melpers vorbei, das eine Exklave der Kleinstadt Kaltennordheim ist. Begleitet von der Bundesstraße 285 überquert die Streu erneut die Landesgrenze zu Bayern und erreicht die Erlsmühle (Eselsmühle). Der bis dorthin führende Oberlauf des Baches versiegt oft in der trockenen Jahreszeit, so dass die Streu erst an dieser Stelle einer starken Streichquelle nordwestlich der Erlsmühle entspringt.

Die Streu fließt anschließend in südliche Richtung durch die Fladunger Mulde, über Oberfladungen in das Siedlungsgebiet der Kernstadt Fladungen. Hinter der Schlagmühle wird das Flüsschen durch das Fränkische Freilandmuseum geleitet. Der Lauf der Streu teilt sich dort mehrmals. Auf dem Museumsgelände mündet der Leubach in die Streu. Danach verläuft sie parallel zur Streutalbahn durch Heufurt und erreicht das Gemeindegebiet von Nordheim vor der Rhön, wo ihr der im Schwarzen Moor entspringende Eisgraben zufließt.

Mittellauf

Hinter Nordheim mündet die Bahra. Kurz darauf teilt sich die Streu für etwa 1,3 km. Der rechte Flussarm passiert die Lohmühle sowie die Johannismühle und vereinigt sich danach mit dem linken Lauf, der früher die heute nicht mehr bestehende Katzenmühle betrieb.

Während die Streu durch die Stadt Ostheim vor der Rhön fließt, ändert sie ihre Richtung nach Osten und überquert daraufhin die Gemeindegrenze nach Stockheim. Sie wird dort von der Sulz verstärkt, knickt erneut nach Südosten ab und durchfließt den Ort. Die Streu erreicht danach die Stadt Mellrichstadt. Dort verläuft sie entlang der historischen Stadtmauer, die um die Altstadt führt, nimmt den Mahlbach auf und ändert ihren Verlauf für ungefähr 10 km in südwestlicher Richtung.

Unterlauf

Der Fluss zieht anschließend auf das Gebiet der Kommune Oberstreu, wo er von einem weiteren Zufluss mit dem Namen Bahra verstärkt wird. Nach dem Ortsteil Mittelstreu fließt die Streu durch die Gemeinde Unsleben.

Dort umfließt sie das Wasserschloss. Kurz darauf mündet ihr größter Nebenfluss, die 22 Kilometer lange und vom Heidelstein (926 m ü. NHN) herabfließende Els.

Bei der Gemeinde Heustreu fließt die Streu auf einer Höhe von 231 m ü. NHN von rechts mit der dort kleineren aus dem Nordosten kommenden Fränkischen Saale zusammen, die ein Nebenfluss des Mains ist.

Die Streu führt an ihrer Mündung im Mittel mehr als doppelt so viel Wasser und ist also hydrologisch gesehen der Oberlauf der Fränkischen Saale (siehe Hydrologischer Hauptstrang der Fränkischen Saale).

Der 41,9 km lange Lauf der Streu endet ungefähr 509 Höhenmeter unterhalb ihrer Quelle, sie hat somit ein mittleres Sohlgefälle von etwa 12 ‰.