В западную часть Б. впадает крупная р. Или, в восточную — небольшие рр. Каратал, Аксу, Лепсы и др. Северные берега озера, к которым близко подходят отроги Казахского мелкосопочника, высокие, скалистые, со следами древних террас, южные — низменные, песчаные, покрыты густыми зарослями тростника. Береговая линия довольно извилиста. Берега расчленены многочисленными заливами и бухтами. Островов мало, наиболее крупные — Басарал и Тасарал.

Климат в районе озера пустынный. Средняя температура июля около 24°C, января около —8°С. Осадков в среднем 120 мм в год. Относительная влажность воздуха 55—60%. Средняя годовая скорость ветра около 4,5—4,8 м/сек. Преобладают ветры северных (в западной части) и северо-восточных (в восточной части) направлений. Ветры вызывают на озере постоянное сильное волнение. Высокая летняя температура воздуха, низкая влажность, сильные ветры способствуют испарению, которое колеблется от 950 мм в прохладные годы до 1200 мм в засушливые. Б. замерзает обычно в конце ноября, вскрывается в середине апреля. Наивысшие уровни наблюдаются в период таяния горных ледников (июнь — июль). Средняя годовая амплитуда колебания уровня за последние 20 лет составляет 3,2 м. Б. — полупресноводное озеро.

Химическая свойства воды зависят от особенности гидрографии бассейна. Далеко выдающийся в озеро полуостров Сарыесик разделяет Б. на две отличные друг от друга в гидрологическом отношении половины — западную и восточную, соединённые узким (ширина 3,5 км) проливом Узынарал. Минерализация воды и содержание солей в западных и восточных частях весьма различны, что объясняется впадением в западную часть крупной р. Или, приносящей в озеро до 73—80% годового притока воды (около 23,0 км3). Вода в западной части Б. почти пресная (0,74 г/л), более мутная (прозрачность до 1 м), желтовато-серого цвета, в восточной части — солоноватая (5,21 г/л), прозрачная (5,5 м), цвет от голубоватого до изумрудно-голубого. Температура воды на поверхности от 0°С в декабре до 28°C в июле, на глубине изменяется мало (разность температур не более 3,3°С). Течения ветровые, в западной части постоянное круговое.

Фауна Б. довольно богата: бентос представлен моллюсками, личинками водных насекомых и ракообразных; планктон также достаточно обильный, особенно в западной части. В озере обитает 20 видов рыб, из них 6 свойственны самому озеру (илийская и балхашская маринки, балхашский окунь, пятнистый и одноцветный губач и гольян), остальные акклиматизированы в нём человеком (сазан, шип, восточный лещ, аральский усач, сибирский елец, карп, линь, судак и др.); главные промысловые рыбы — сазан, судак, балхашский окунь, маринка, лещ.