Den ca. 25 km lange Mølleå udspringer lidt vest for Bastrup Sø og løber herfra østpå gennem Farum Sø og videre til Furesø, hvor åen når Lyngby-Taarbæk Kommune. Mølleå forlader Furesø ved Frederiksdal og løber østpå til Lyngby Sø. Herfra løber åen nordpå til grænsen til Rudersdal Kommune, som den følger indtil udløbet i Øresund.
Furesø sørger for en ret stabil vandføring i nedre Mølleå, der årligt gennemløbes af ca. 10 mio. m3 vand, hvilket svarer til godt 300 l/sek. Det har gjort åen attraktiv for mølledrift. De ni møller og tilhørende industrier er for længst flyttet ud af den trange ådal, om end gamle fabriksbygninger og mølledammene stadig vidner om den tidligere drift.
På lange strækninger kantes åen af en udstrakt elle- og askeskov, hvoraf en del fremstår som ellesump, især på strækningen i den nordligste del af Jægersborg Dyrehave. Desuden rummer ådalen både rørskov og pilekrat samt flere kildevæld.
Den sjældne, blot 2‑3 mm store sumpvindelsnegl kan stadig findes nogle få steder langs åen, der også er levested for bl.a. blåbåndet pragtvandnymfe samt en række forskellige døgnfluer, vårfluer og slørvinger. Mølleås fiskebestand domineres af skalle og aborre, men tæller også arter som rudskalle, regnløje, brasen, suder, gedde og ål. Om vinteren gæster vandstæren ofte slusen i Frederiksdal, og langs åen kan man få et glimt af den farvestrålende isfugl. Desuden tiltrækker elletræernes frø jævnligt store flokke af grønsiskener.
I Lyngby-Taarbæk Kommune indgår Mølleå i fredningerne af Frederiksdal Skov og Gods fra 1943, Bagsværd Sø og Lyngby Sø fra 2013 samt Mølleådalen fra Lyngby Sø til Øresund fra 2001. På strækningen mellem Ørholm og Kystbanen indgår åen og ådalen desuden i habitatområdet Nedre Mølleådal og Jægersborg Dyrehave.

Sne kanter Mølleå på en kold vinterdag, hvor grødis langsomt spreder sig ud over vandfladen. Her har åen netop forladt Raadvad og påbegyndt den sidste del af sit løb mod Strandmøllen og udløbet i Øresund. På denne strækning løber åen mellem Jægersborg Hegn og Christian IX’s Hegn i Jægersborg Dyrehave og tegner samtidig grænsen mellem Lyngby-Taarbæk og Rudersdal Kommuner.