湖水除周围一些小河注入外，主要靠地下水补给。由于所处位置较高，蒸发量较大，湖水矿化度为3克/升左右，略带咸味，属微咸湖。赛里木湖有着诸多称谓：因是大西洋的暖湿气流最后眷顾的地方，所以被称作大西洋最后一滴眼泪；赛里木湖古籍亦称天池。当地人称呼赛里木湖为三台海子，因清代在湖的东岸设有鄂勒著依图博木军台（即三台）而得名。赛里木湖古称“西方净海”，本地居民称之为“海西”。蒙古语称“赛里木淖尔”，意为“山脊梁上的湖”，突厥语中“赛里木”意为“平安”之意。 而赛里木湖是哈萨克语，是祝愿的意思；因传说赛里木湖是由一对为爱殉情的年轻恋人的泪水汇集而成的，也被称为天池和乳海。
湖四周是倾斜低岸，水草丰美，为优良牧场。无大河注入湖内，流域内也少冰川和永久积雪，湖水主要来源为雨水补给和地下水。50年代曾测得赛里木湖东侧水位明显上涨，原因可能为湖盆的抬升运动。湖水于12月下旬封冻，冰厚1-2米，次年5月份解冻。