Озеро лежит в межгорной впадине; в него впадает Чёрный Иртыш, а вытекает Иртыш, усиленный водами окружающих хребтов. История изучения связана с экспедициями XIX века, в том числе трудами Г. Н. Потанина.
Глубины сравнительно невелики (до порядка 10 м в справочных описаниях), но площадь зеркала делает Зайсан крупнейшим озером области. Режим озера связан с работой Бухтарминского гидроузла ниже по течению.
Берега и Зайсанская котловина — зона степных и полупустынных ландшафтов, важная для местного хозяйства и сезонной миграции птиц.