Innsjøen har en karakteristisk H-form med fire armer. Innsjøen har varierte formasjoner under vann. I nordvest-sørøstlig retning (inkludert Holsfjorden og Storfjorden mot Tyristrand) går det en dyp renne med bratte sider og flat bunn. Forøvrig er Tyrifjorden relativt grunn. Det er rask vanngjennomstrømming i de vestlige delene, mens midtre og østlige deler har liten gjennomstrømming. Vannet har en teoretisk oppholdstid på 2,5 år. På dyp større enn 30 meter er temperaturen nesten konstant 6⁰C året rundt, men om sommeren varmes det øverste laget opp. Sikten varierer fra 4 til 10 meter.