盆地主要自然災害有凍害和大風。約4～5年有壹次較大範圍的冬麥凍害，10年有壹次較重的果樹凍害。牲畜凍害主要發生於盆地中心的冬牧場。盆地北部每年有8級以上的大風天數33～77天，西部70天以上，阿拉山口165天。由於盆地植被覆蓋度較大，雖大風天數多，沙丘移動現象卻較塔裏木盆地為少。但局部地區，如艾比湖東南沙泉子至托托，有新月形沙丘27座，大風移動沙丘，阻塞交通，危害農田。額爾齊斯河谷亦有沙丘多處，冬季風大，不能形成穩定積雪，春季作物難以生存。
盆地水汽主要來自西風氣流。降水西部多於東部，邊緣多於中心，迎風坡多於背風坡。盆地冬季有穩定積雪，冬春降水量占年總量30%～45%。除額爾齊斯河為外流河外，盆地其他河流均為內陸河，以盆地低窪部位為歸宿。河流補給主要來自山區，春季平原融雪水亦有補給。按河流出山口處流量計算，***有年徑流量210億立方米（不包括伊犁河及塔城盆地河流），其中額爾齊斯河流出國境水量100億立方米。額爾齊斯河是新疆第二大河，支流都源於阿爾泰山南坡。盆地的內陸河有4排水區：①烏倫古湖。為烏倫古河尾閭。②艾比湖。匯納博爾塔拉、奎屯及精河等河。③瑪納斯湖。匯納瑪納斯、金溝、巴音、塔西等河，源於準噶爾西部山地的10多條小河，曾以瑪納斯河為尾閭。④天山北坡獨立水系。包括呼圖壁至木壘的所有河流，都消失於灌區中。由於灌區引水，入湖水量均急劇減少。
盆地地下水的補給來源主要來自山口以下河床、渠道及田間滲漏，從農業用水供需關系看，基本無缺水之虞。
盆地北部主要土壤是棕鈣土，局部地區還有栗鈣土、龜裂土、沼澤土、草甸S和鹽土。盆地南部的北帶以荒漠灰鈣土為主，南帶以棕鈣土為主，沖積扇緣有草甸沼澤土和草甸鹽土，扇緣以下為鹽堿化的荒漠灰鈣土。由於水源限制，要使全部土地都有灌溉，尚有困難。
經勘探證明，盆地已展現了可喜的石油開發前景。盆地東部海拔540米的風蝕窪地內，發現有世界罕見的千余株矽化木。