Из крупных рек следует отметить р. Чу. Ее протяженность свыше 1000 км. Еще недавно Чу была связана поверхностным стоком с Сырдарьей, теперь же, теряя свою воду на испарение, заканчивается в понижении оз. Ащиколь, куда доносит свои воды и пустынная река Сарысу, берущая начало в низкогорьях Центрально-Казахстанского мелкосопочника. Сарысу — немноговодная река длиной около 800 км, имеет половодье весной.
На западе равнинной части Средней Азии протекают только две значительные реки — Мургаб и Теджен. Мургаб имеет общую длину свыше 780 км, но в пределах республики его длина составляет около 350 км. Средний расход реки у Тахта-Базара 52 м3/с. Теджен, так же как и Мургаб, берет начало в Афганистане, но режим этих рек однороден: они получают максимум воды весной от таяния снегов в горах и обильных дождей, но летом в них воды очень мало.
Подземные воды — важная составляющая приходной части водного баланса Средней Азии. Для сельского хозяйства их значение очень велико, так как здесь имеются обширные области, где подземные воды являются единственным источником водоснабжения.
Суммарная величина естественных запасов пресных и слабоминерализованных подземных вод в горных районах, по оценкам, равна 39,4 км3/год. Общая величина динамических запасов подземных вод на равнинах составляет около 15 км3/год.
Водные ресурсы трех главных природных зон Средней Азии — равнин, предгорий и гор во многом определяли характер и технологию использования воды: 1 — рек с постоянным стоком; 2 — озерных и речных разливов; 3 — поверхностного стока, формировавшегося на склонах гор и в низинах за счет осадков; 4 — подземных источников воды в пустынях и пустынных предгорьях.
В целом же надо отметить, что имеющиеся водные ресурсы способствуют развитию орошаемого земледелия в данном регионе.
Засушливые аридные условия климата установились на равнинах Средней Азии и Казахстана еще с конца третичного периода. В течение плейстоцена и в голоцене наблюдались неоднократные колебания степени увлажненности вследствие вековых перемещений центров атмосферы, климатических фронтов и путей циклонов, что отражалось как на сухих пустынных ландшафтах равнин, так и особенно на степно-луговой растительности предгорьев. Когда атлантические циклоны проходили севернее, захватывая лесную и лесостепную зоны, уровень воды в Каспийском море поднимался, а среднеазиатские равнины иссушались, уровни внутренних бассейнов (Арала и Балхаша) понижались. Напротив, со смещением циклонов к югу пустыни увлажненность равнин и особенно предгорья увеличивалась. Уровень воды в Каспийском море понижался, а в Арале и Балхаше нередко поднимался.
Исследования почвоведов показали, что, по-видимому, в период 12-6 тыс. лет назад на равнинах Средней Азии средняя увлажненность была несколько выше, чем в настоящее время (среднегодовая сумма осадков 2250 мм, температура на 2–3° выше современной). Осадков в горах выпадало больше, чем теперь (800-1600 мм, тогда как сейчас 600–700 мм в год). Именно тогда сформировались на подгорных равнинах черноземовидные высокогумусные почвы. Позже, около 6–4 тыс. лет назад, начался процесс аридизации.
Исследования Южных Кызылкумов выявили аналогичную картину: усиление аридизации климата и возникновение условий, близких к современным, относится, вероятно, к рубежу III–II тысячелетий и к первым векам II тысячелетия до н. э. В плювиальный период («лявляканский плювиал»), который предшествовал усилению аридности, в Южных Кызылкумах выпадало в среднем осадков от 250 до 400–500 мм (теперь 120–140 мм в год), а средняя температура июля составляла 21–23°. Эти более благоприятные условия для хозяйственной деятельности населения существовали в неолитическое время на значительной территории равнин.
Определенная фаза увлажнения 3–4 тыс. лет назад, совпадающая с «лявляканским плювиалом», была зафиксирована и в Ферганской долине.
Смена сухого климата влажным, а влажного — сухим на протяжении голоцена в центре Азиатского континента охватила широкую зону. Так, в Северо-Западной Индии смена сухого климата влажным произошла на рубеже плейстоцена и голоцена, время максимального увлажнения приходится на предхараппское и хараппское время (3000–1750 гг. до н. э.), а в первой половине II тысячелетия до н. э. началась аридизация. Возможно, что от этого процесса особенно пострадали относительно развитые раннеземледельческие очаги Южной Туркмении, где быстрому оскудению водных ресурсов (горных ручьев, рек, временных водотоков, саев) активно содействовала разрушительная деятельность населения по вырубке лесов, которые впоследствии так и не были восстановлены.