保护区内河水流域几乎遍及整个保护区;湖泊众多,据统计面积大于1平方公里的湖泊有107个,总面积3825平方公里,湖泊面积在200平方公里以上的有6个,1平方公里以下的湖泊有7000多个,因此被称为“千湖之地”。可可西里现代冰川广布,区内有冰川255条,面积750.7平方公里,冰储量816.489亿立方米。保护区地处多年冻土地带,冻土面积站保护区面积90%以上,冻土最厚达400米。冰川和冻土是巨大的固体水库。