Aralsjøens hovedtilløp er elvene Amu-Darja, som munner ut i den sørlige delen av sjøen, og Syr-Darja, som munner ut i nordøst. Med sine årstidsbetingede variasjoner i vannføring og den naturlige fordampningen sørget de to tilløpselvene gjennom århundrene for et balansert vannregnskap. I løpet av et år mottok sjøen 8,7 km³ vann i form av nedbør og 55 km³ fra tilløpselvene, mens 63,8 km³ forsvant i form av fordamping. Vannstanden i sjøen varierte innenfor +/- 0,6 meter per år.