הנחל היה מוכר בעבר בשמו הערבי: וָאדִי מוּסְרָרָה (وادي المصرارة "ואדי אל-מצרארה"). יש המפרשים את השם הערבי במשמעות "צרורות אבנים" (صرّة "צֻרָה"= צרור). את שמו העברי קיבל מעמק איילון בו הוא עובר, לאורכו. השמות הקודמים של הנחל: w. Salman, w. Kabir, w. Salama, w. Musrara (מועתקים כלשונם בלועזית ממפת מחלקת המדידות).
תוואי
נחל איילון שמימיו נאספים מיובלים בהרי יהודה, זורם בעמק איילון, משם הוא נכנס למאגר איילון וממשיך לרדת במורדות ההר, מזרחית ליישובים כפר שמואל ומשמר איילון. ואדי עלי, שהכניסה הצרה אליו נקראת שער הגיא, הוא יובל מזרחי של נחל איילון. הנחל עובר מערבית למחצבת מפעל נשר ובפאתי לוד הצפון-מערבים.
נחל איילון ממשיך לזרום מהשפלה לכיוון כללי של צפון מערב. מערבית לנמל התעופה בן-גוריון, מתחברים שני יובליו הגדולים. הנחל נכנס לפארק אריאל שרון בקצהו המזרחי של הפארק מתחת לכביש 412 וחוצה אותו לכל אורכו עד שהוא מתועל לנתיבי איילון בכניסה לתל אביב. מנקודה זו ועד קרוב לשפך הוא זורם לכיוון צפון בתעלה בין נתיבי הכביש המהיר. נחל איילון נשפך לנחל הירקון ודרכו לים התיכון. נקודת המפגש עם הירקון יוצרת לשון יבשה המפרידה בין הנחלים ונקראת "פארק ראש הציפור", בשל צורת השטח במבט מהאוויר. היא נמצאת בשטחו של פארק הירקון.
בעבר היה תוואי הנחל מזרחית לתל אביב מפותל מאוד וגרם להצפות בעונות הגשמים. פיתול חד במיוחד היה בסמוך לשבע טחנות צפונית לשכונות רמת גן (על התוואי שיובש נסלל רחוב חרוזים ברמת גן) ולמרגלות תל נפוליאון. ב-1952 מונתה וועדה ציבורית בשם "הוועדה לחציית תל אביב על ידי רכבת" למציאת פתרון שיאפשר העברת מסילת ברזל לאורך תל אביב. ב-1953 לאחר 13 ישיבות הוחלט על יבוש אפיקו של נחל איילון בגבולה המזרחי של העיר והטיית מי הנחל לשפך חדש מדרום ליפו[2]. העלויות הגבוהות מנעו את ביצוע התוכנית וב-1961 בעקבות דיונים עם משרד האוצר הוכרזה תוכנית "הדרך המהירה" שאימצה את מסקנות הוועדה הקודמת והחליטה להוסיף כביש מהיר במקביל למסילת הברזל, לימים נתיבי איילון[3].
ההצעה המליצה להטות את נחל איילון בסמוך לשכונת עזרא ודרך מנהרה באורך 5 קילומטר לתוך הים דרומית לנמל יפו. פתרון נוסף של בניית סוללות בטון לאורך הערוץ נדחה בשל עלותו הגבוהה. גם החלטה שהתקבלה נתקלה בקשיים תקציביים כאשר עלות הביצוע גדלה מאוד מהערכתה המקורית ולוגיסטיים ברכישת הקרקעות הכרוכות בכריית המנהרה ולכן החלו באופן זמני ליישר את פיתוליו של תוואי נחל איילון לתוך תעלה מלאכותית כדי להאיץ את זרימתו לים ולמנוע הצפות בשכונות תל אביב ורמת גן. עבודות הישור התבצעו לאורך השנים בכמה פרויקטים שונים[4] עד שלבסוף הוחלט לאמץ את התוכנית המקורית של בניית תעלת בטון לנתיב הזרימה, עבודות שנמשכו עד סוף שנות ה-80 של המאה ה-20 והתוואי הסופי בו הנחל זורם כיום.
משטר הזרימה
בעבר היה נחל איילון נחל איתן בעל ספיקה גבוהה ואגן ניקוז גדול יותר ובעברו הרחוק יותר אף נשפך ישירות לים. עדות לאפיקו הקדום היא קטיעת רצף גבעות כורכר בחוף שמצפון ליפו.[דרוש מקור] הנחל היה עולה על גדותיו בעונות החורף, וגורם להצפות בשכונות המזרחיות של תל אביב, בשכונת עלית ברמת גן, וכן לחסימת המעבר על גשר שרונה (ומכאן ניתוקן של רמת גן, פתח תקווה, ומושבות השרון מתל אביב בטרם נסלל כביש החוף). כדי לצמצם את התופעה, הוקם מאגר איילון, ותוואי הנחל הוסדר ויושר במסגרת פרויקט נתיבי איילון. מאז עלה הנחל על גדותיו והביא לסגירת הנתיבים בחמישה אירועי קיצון של גשם כבד בחורפים 1991–1992, 1992–1993, 2012–2013, 2018–2019 ו-2019–2020. ב-8 בינואר2013 נרשמה בנחל איילון ספיקת שיא של 420 מ"ק לשנייה, כספיקתו של נהר סן בפריז.
כדי למנוע שיטפונות נבחנות כיום הצעות להטיית הנחל לים התיכון בתעלה סגורה דרך התוואי ההיסטורי, אך עלותה גבוהה וקיים חשש שהיא תגרום לזיהום חוף יפו ולנזקים אקולוגיים נוספים. מנגד נבחנות הצעות לבניית משטחי הצפה במסגרת פרויקט פארק איילון, אשר יזינו את האגם המתוכנן בפארק.