锡尔河是中亚最长的河流，有两个源头，右源纳伦河和左源卡拉达里亚河。纳伦河发源于中天山切尔斯凯伊阿拉套与阿克什俩克山区，河流由东向西流，在纳曼干东大约20千米处与卡拉达里亚河相汇后称锡尔河。干流先向西南流，至别卡巴德转向西北，最后在新霍皮奥尔斯克大约75千米处汇入咸海。锡尔河先后流经了吉尔吉斯斯坦、乌兹别克斯坦、塔吉克斯坦、哈萨克斯坦四国，全长3019千米，流域面积21．9万平方千米，河口多年平均流量1060立方米/秒，年均径流量336亿立方米。
锡尔河流域内的气候为典型的大陆性气候。1月的平均温度由北部的零下6℃至南部的零下2℃，7月的平均温度为27℃—29℃。降水量为每年180毫米—220毫米。
锡尔河主要支流有阿汉加兰河、奇尔奇克河、克列斯河、阿雷西河等。
流域内还有卡桑赛河、加瓦赛河、恰阿达克赛河、伊斯法伊拉姆赛河、沙希马尔丹河、索赫河、伊斯法拉河和霍贾巴基尔干河等。但这些支流，因为河水被用于灌溉被蒸发，所以几乎没有一条河有水流入锡尔河。
纳伦河位于吉尔吉斯斯坦和乌兹别克斯坦境内，全长807千米，流域面积为5．91万平方千米。该河是由大、小纳伦河汇流而成，在小纳伦河注入之前，称其为大纳伦河。大纳伦河主要源流库姆托尔河，发源于彼得洛夫冰川。冰川长16．8千米。小纳伦河的主要源流布尔河发源于哲腾别尔山脉北坡冰川的许多小溪。纳伦河的局部地区流淌在峡谷之间。
纳伦河流域冬季寒冷，几乎无雪，夏季较凉爽。7月平均气温15℃—17℃；1月的平均气温零下15℃—零下18℃，年降水量为200毫米—300毫米。河水补给主要为雪水，上游则为冰川雪水型补给。纳伦河在乌奇库尔干附近（距河口40千米）的平均流量为434立方米/秒，最大流量为2880立方米/秒。
卡拉达里亚河位于吉尔吉斯斯坦和乌兹别克斯坦境内，由发源于费尔干纳山脉和阿赖山脉坡地的卡拉库利贾河和塔尔河汇流而成，河流全长180千米，流域面积3．01万平方千米。最初，卡拉达里亚河穿流在宽阔的、有很多河汊的河床里，到费尔干纳盆地以前，河流切过堪培拉瓦特峡谷后，流动在沼泽化了的河漫滩上，并分出一些汊流。卡拉达里亚河的河水补给为融化的冰雪，距河口140千米处的平均流量为122立方米/秒。
卡拉达里亚河的主要支流有左岸的库尔莎勃河，右岸的雅瑟河、库加尔特河和卡拉翁丘尔河。卡拉达里亚河的水被广泛用于费尔干纳盆地的灌溉，河流在此被库伊干雅尔斯坝拦截并被大费尔干纳水渠切断。
锡尔河流域大约位于北纬40°03′—46°00′、东经61°04′—77°06′之间。流域地势由东南向西北倾斜，东南为山地，西北为平原。在接收了其支流纳伦河和卡拉达里亚河之后，锡尔河有300多千米流经费尔干纳盆地，另外还有150千米流经戈洛德草原。在哈萨克斯坦境内，锡尔河绵延达1000多千米，一直沿图兰低地或是突厥斯坦低地流动。河谷左边是克孜勒库姆沙地，右边是不规则的丘陵。
当流出费尔干纳盆地时，锡尔河穿过法尔哈茨山脉，形成别戈瓦茨急流，折向西北，然后横穿贫瘠荒凉的塔什干洼地，沿宽达10千米—15千米、局部沼泽化的宽阔河滩地流淌。
在下游，锡尔河穿过克孜勒沙漠的东部边缘，河道稍高于两岸地面，河道弯曲、不稳定。由于两岸地形低洼，河流下游在平原上摆动，常常改变河槽，溃决堤岸，淹没低地，发生洪水。
在河口三角洲地带，有许多河汊、支流、湖泊和沼泽地。
锡尔河流域的径流形成主要来自流域的山区部分。其河水补给大多数为雪水补给，少数为冰川和雨水补给。
春—夏汛期从3—4月至8—9月。在该流域的平原部分，河水被用于灌溉，因而流量减少。5—7月为洪水期，此时的河水量最大。
哈萨克斯坦境内，锡尔河水量逐渐减少。其右岸支流阿雷斯河对锡尔河的径流有一定的补充，但是继续往下，该河就再也未接纳任何一条有水流的河流。
在平水期（秋季和冬季），河流流量明显变小，河宽缩小至400米—200米，河深也不超过2米—4米，而在洪水期，深度往往为5米—8米，甚至达10米。洪水期的流速为每小时5千米—6千米。
锡尔河的含沙量为1—2千克/立方米，在洪水期达6千克/立方米以上。下游泥沙沉积量达1200万吨/年。其中1/3沉积在三角洲，其余被带进了咸海。
锡尔河河水的矿化度相当高，平均大于500毫克/升。
锡尔河多年平均径流为336亿立方米。在正常状态下，锡尔河的自然灌溉和生活饮用水基本够用，但为了进一步发展灌溉，必须对其径流进行调节。在干支流上兴建了13座库容在1．0亿立方米以上的水库，总库容达410亿立方米。除此以外，在锡尔河的下游，还修建用于（克孜勒—奥尔达和卡扎林斯克）灌溉取水的拦河坝。
在费尔干纳盆地，锡尔河的一些支流中引出大约700条灌渠、由锡尔河引出约50条灌渠。最大的灌渠有：由纳伦河引出的费尔干纳大灌渠（由卡拉达里亚河取水补充，渠长350千米）、安集延渠和北费尔干纳灌渠（渠长166千米）；由卡拉达里亚河引出的安集延水渠、沙阿里汉塞水渠和萨瓦伊水渠；由锡尔河引出的是以阿洪巴巴耶夫命名的水渠。有100多条干渠和泄水道的水流进山区河流和锡尔河，其中，有43条干渠和泄水道的水流进卡拉达里亚河，有45条流进锡尔河，最大的干渠是萨雷苏、卡拉古冈和北巴格达茨基。
目前，锡尔河被用于生活用水的年平均径流为180亿立方米，占其径流量的52％。干、支流上已建大中小型水库多座，总装机容量超过了550万千瓦。其中对支流奇尔奇克河进行了梯级开发，该河分三段开发，首先开发下游段，从奇尔奇克河引水入博兹苏灌渠，在渠上建16级水电站，平均引水流量91.9立方米/秒，总装机容量32．67万千瓦，年发电量18．55亿千瓦·时，电站于1923—1956年间先后建成。中游兴建3级水电站，引水流量565立方米/秒，总装机容量99．1万千瓦，年发电量29．78亿千瓦·时，这三级水电站先后于1963—1980年间竣工投产发电。其中最上一级恰尔瓦克水电站，总装机容量70．6万千瓦，可保证下游新增约14．5万平方千米土地的灌溉用水，并可防洪。
锡尔河流域建有一些用于灌溉和改善供水条件的大型灌溉水渠。大费尔干纳干渠长350千米，北费尔干纳干渠长166千米，南费尔干纳干渠长108千米，这些建筑物能保证锡尔河及其一些支流的水资源得到有效的利用。