Максимальная глубина в лучшие годы не превышает 7-8 метров, но и эта особенность озера только подчеркивает его уникальность. Площадь зеркала колеблется в пределах полутора тысяч квадратных километров.
Для степных районов Казахстана такие обширные водные угодья — настоящее сокровище, однако вода из озера непригодна ни для орошения, ни для питья. Она горько-соленая. Такое свойство озера Тенгиз обуславливается тем, что его воды не имеют оттока — они годами, а точнее, веками, находятся в котловине, вытягивая из степного солончака легкорастворимые соединения. Минерализация водоема непостоянна, она изменяется от 50 до 200 граммов соли на литр воды. Наиболее распространенным минералом, содержащимся в водах озера, является мирабилит, или глауберова соль. Ее содержание делает воды Тенгиза побратимами курортных минеральных источников в Карловых Варах и Мариенбаде. Научное название глауберовой соли — десятиводный кристаллогидрат сульфата натрия. Белые кристаллы этого вещества используются в медицине.
В отсутствии пресной воды человек с трудом смог бы выжить на берегу Тенгиза, ни один вид рыбы здесь также не водится (редкие тушки, выброшенные на сушу, попадают сюда из рек Нура и Куланотпес, питающих озеро). Но это не значит, что вокруг горько-соленого резервуара жизнь замерла.
Ценность водоема состоит в том, что он является местом обитания для большого количества водоплавающих и околоводных птиц. Какие-то виды здесь гнездятся, какие-то останавливаются для жировки и кратковременного отдыха на пути из Западной Сибири в Индию или Африку. Всего на озере насчитывается около 300 видов крылатых обитателей, причем 22 вида занесены в Красную книгу. Например, здесь соседствуют кудрявый пеликан и черный аист, журавль-красавка и степной орел. Питания хватает всем: мелководье богато усыпано личинками и пупариями мухи-береговушки, моллюсками, жаброногими рачками.
Орнитологам всего мира озеро Тенгиз известно как самое северное место обитания розового фламинго. Эта красивая и осторожная птица никогда не селится там, где ей грозит опасность, а здесь она себя чувствует прекрасно, ведь озеро является частью Рамсарского водно-болотного угодья международного значения и частью Коргалжынского заповедника. К тому же, фламинго обитает, в основном, на изолированных островах, которые расположены в юго-восточной части водоема.
Главная достопримечательность озера — птицы — является и самой уязвимой частью экосистемы. И не только охотники тому виной.
Год от года в Тенгизе регистрируется разный уровень воды. Много веков назад горько-соленое озеро образовалось в бессточной впадине на приподнятой Тенгизской равнине. Каждую весну вода из нескольких рек прибывает в Тенгиз — это время наивысшего подъема уровня зеркала. В течение весенне-летнего сезона часть воды испаряется и к осени глубина водоема становится значительно меньше, а береговая линия расширяется. Зимой озеро замерзает, что испытали на себе члены космической экспедиции «Союз-23» в 1976 году. Спускаемый аппарат, приводнившись, оказался в ледяном плену.
Кроме того, уровень воды зависит от года. Когда-то озеро бывает полноводным, но в годы с низким уровнем воды его размер уменьшается на 70%, а максимальная глубина не превышает 2,5 метров. Это значительно ухудшает условия существования местной фауны. Ученые определили, что все изменения уровня воды в озере происходят с многолетней цикличностью. Правда, из-за активной сельскохозяйственной деятельности в бассейне реки Нура существует вполне реальная угроза необратимого обмеления Тенгиза.
Чтобы предотвратить уничтожение водоема, уже на протяжении полувека в Коргалжынском заповеднике запрещены сенокошение и выпас скота, ликвидированы аулы и животноводческие зимовки, ведется поиск путей обводнения озера.
Решается и другая антропогенная проблема. Еще двадцать лет назад птицы массово гибли от линий электропередачи, находящихся вблизи озера. Известен факт, когда в 2000 году всего за несколько дней на 11-километровом участке линий погибло около 800 особей, в том числе и редких видов. Сейчас благодаря стараниям всемирной организации Global Nature Fund (GNF) при участии «Живые озера» NABU (немецкий филиал Birdlife International) и управления Коргалжынского заповедника на Тенгизе была построена электростанция по переработке солнечной энергии. Эта вынужденная мера позволила демонтировать неизолированные линии электропередач и предотвратить дальнейшую гибель редких птиц.