青海湖不是淡水湖，是咸水湖。青海湖水补给来源是河水，其次是湖底的泉水和降水。湖周大小河流有70余条，呈明显的不对称分布。湖北岸、西北岸和西南岸河流多，流域面积大，支流多，湖东南岸和南岸河流少，流域面积少。

青海湖的构造断陷湖，湖盆边缘多以断裂与周围山相接。距今20～200万年前成湖初期，形成初期原是一个大淡水湖泊，与黄河水系相通，那时气候温和多雨，湖水通过东南部的倒淌河泄入黄河，是一个外流湖。

至13万年前，由于新构造运动，周围山地强烈隆起，从上新世末，湖东部的日月山、野牛山迅速上升隆起，使原来注入黄河的倒淌河被堵塞，迫使它由东向西流入青海湖，出现了尕海、耳海，后又分离出海晏湖、沙岛湖等子湖。

青海湖具有高原大陆性气候，光照充足，日照强烈；冬寒夏凉，暖季短暂，冷季漫长，春季多大风和沙暴；雨量偏少，雨热同季，干湿季分明。

青海湖的水温随季节而变化。夏季湖水温度有明显的正温层现象，8月份最高达22.3℃，平均为16℃；水的下层温度较低，平均水温为9.5℃，最低为6℃。