巴尔喀什湖是世界上极少数有咸淡湖水分别占半的湖。因为湖东西两部分有湖峡水道相连，所以在定义上是一个湖。

巴尔喀什湖是一个典型的内陆湖，大陆性气候令湖面蒸发大量湖水。

湖的西半部分广阔而水浅，宽度约27公里至74公里，但水深不超过11米。由伊犁河、卡拉塔尔河、阿克苏河、阿亚古兹河(这里是哈萨克汗阿布赉见满人的地方)等由高山冰原流入淡水（盐度只有1.48‰），由于淡水供应量充足，令西半部分有足够淡水补给，成为淡水湖泊。

湖的东半部分水色较西部分混浊，宽度约10公里至20公里，水深约25米，盐度（10.4‰）较高。可是，东半部分只有几条小河将河水注入，大蒸发量加上少淡水补充，令湖东半部分的盐分渐渐提高。