Территория заповедника представляет собой исторически сформировавшийся водно - болотный комплекс, характеризующийся относительно устойчивым гидрологическим режимом, уникальной гидрофлорой и гидрофауной.
Одним из главных мест заповедника является дельта реки Тентек, площадью 295 км2, она приурочена к южному побережью озера Сасыкколь и образовано полноводной рекой Тентек. А также есть река Емель, которая берет свое начало на склонах хребта Тарбагатай за пределами нашей страны. В пределах Казахстана на протяжении 102 км река пересекает песчаную долину и впадает с восточной стороны в озера Алаколь, образуя небольшую дельту.
Для заповедника немаловажную роль играют 4 крупные озера – Сасыкколь, Кошкарколь, Алаколь, Жаланашколь, которые являются реликтовыми водоемами, занимающими пониженные части древней озерной котловины тектонического происхождения. Специфической особенностью Алакольских озер является наличие мощного подземного питания за счет грунтовых и артезианских вод.
Озеро Алаколь – крупнейшее из озер, вытянутое с северо-запада на юго-восток, является вторым по величине среди водоемов Казахстана и единственным глубоководным среди бессточных озер республики. На озере имеется несколько островов, которые входят в состав заповедника. Длина озера составляет 104 км, ширина 52 км, наибольшая глубина 54 м, объем воды 58560 млн. м3.
Озеро Сасыкколь – занимает самое северное положение среди озер Алакольской группы, является вторым по величине. Сасыкколь – мелководный водоем с однообразно правильной котловиной, вытянутой с востока на запад. Длина 49,6 км, ширина 19,8 км, глубина 4,7 м, объем воды 2434 млн. м3.
Озеро Кошкарколь – третье по величине озеро, расположенное между Алаколем и Сасыкколем. Длина водоема 18,3 км, ширина 9,6 км, глубина 5,8 м, объем водной массы 489 млн. м3.
Озеро Жаланашколь – расположено в юго-восточной части Алакольской впадины, в глубоком межгорном прогибе, известном как Джунгарские ворота. Четвертый по величине водоем Алаколь-Сасыккольской системы озер. Длина озера 8,8 км, ширина 6,3 км, глубина 3,4 м, объем воды 99,5 млн. м3.
