盆地水汽主要来自西风气流。降水西部多于东部，边缘多于中心，迎风坡多于背风坡。盆地冬季有稳定积雪，冬春降水量占年总量30%～45%。除额尔齐斯河为外流河外，盆地其他河流均为内陆河，以盆地低洼部位为归宿。

河流补给主要来自山区，春季平原融雪水亦有补给。按河流出山口处流量计算，共有年径流量210亿立方米（不包括伊犁河及塔城盆地河流），其中额尔齐斯河流出国境水量100亿立方米。额尔齐斯河是新疆第二大河，支流都源于阿尔泰山南坡。