咸海位于哈萨克斯坦和乌兹别克斯坦交界处，南北长428千米，东西宽235千米，1960年面积68000平方千米，2010年面积8739平方千米，是世界第四大湖泊。大部湖区的水体不深，约为20—25米，最深处68米，1960年蓄水量1064立方千米（1960年），2010年蓄水量64立方千米（2010年）。

在早期至中期的更新世，山脉上升了2000至2500米，由于海拔高度形成了冰川。随着时间的推移，地壳的抬升（又称造陆运动）与板块内部的运动共同作用，形成了盆地和高原。咸海所在的区域就是这样一个由于地质构造运动而形成的盆地。

约在20000年前，末次冰期结束时，咸海开始形成。最初进入该地区的水可能是来自斯堪的纳维亚冰盖的融水，覆盖了俄罗斯乌拉尔山脉的某些部分。阿尔卑斯冰川的融水也填充了这个内陆地区。在更新世晚期和全新世早期，盆地的凹陷形成，水的填充量显著增加。

咸海位于哈萨克斯坦和乌兹别克斯坦交界处，南北长428千米，东西宽235千米，1960年面积68000平方千米，2010年面积8739平方千米，是世界第四大湖泊。大部湖区的水体不深，约为20—25米，最深处68米，1960年蓄水量1064立方千米（1960年），2010年蓄水量64立方千米（2010年）。

1961—1970年间咸海的水平线以每年20厘米的速度下降；在20世纪70年代，这个速度达到了每年50—60厘米；而到了20世纪80年代这个速度达到了每年80—90厘米。水位下降速度的不断加快反映了入湖水量减少带来的严重影响。

1971—1975年间锡尔河、阿姆河入湖水量分别为每年53亿立方米、212亿立方米，但在1976—1980年间下降为每年10亿立方米、110亿立方米，到1981—1990年时锡尔河、阿姆河的入湖水量总计仅为每年70亿立方米。这主要是由于大规模的水土资源开发使得社会经济用水激增，大量的河水被用于灌溉等人类活动。

1987年，咸海分成北咸海和南咸海。

2003年，南咸海又分成东咸海和西咸海，此时南咸海几乎不复存在。

从1960年到2009年，咸海水域面积由67499平方千米减少到8409平方千米，水量由1089立方千米减少到84立方千米，水位由53.4米减少到26.5米，而水体盐度则由10克每升上升到100克每升以上。

入湖水量的减少和含盐量的上升，导致原本在咸海湖水中生存的600多种鱼类消失殆尽，大面积裸露的湖底盐碱在风力作用下形成了多发性、高污染的盐尘暴，不仅使周边地区大片土壤盐碱化和沙漠化，还永久性毁灭了60%的新垦区。原来位于阿姆河三角洲内大面积的森林沼泽已经干涸，大量树木及灌木被彻底破坏。在咸海地区生活的178种脊椎动物中，只有38种幸存下来。此外，随着咸海对局地气候的调节作用逐渐减弱，中亚地区的降水量大幅减少，极端天气频发，生长季节变短。

咸海为寒漠气候及温带荒漠气候，降雨稀少，气候干燥，且呈现明显的区域差异。流域多年平均降水量在300毫米以下，特别是在咸海附近地区年降水量不足100毫米，而源头山区年降水量约1000毫米。

咸海海拔53米，湖面最大时南北长435千米，东西290千米，面积68000平方千米，平均深度16米，在西海岸外最深处达69米，曾是世界第四大湖。这几乎相当于斯里兰卡的国土面积。其支流的三角州有几十个小湖，生态丰富的沼泽和湿地遍及55万公顷。

咸海曾经在一公顷的范围内有过1500个岛。北岸地势高低不均，海岸线曲折，有许多大大小小海湾。东海岸的北部是巨大的锡尔河（Syr Darya）三角洲，南海岸也有同样大的阿姆河（Amu Darya）三角洲，西海岸是乌斯秋尔特（Ustyurt）高原。海岸线一带有海洋沉积层和大陆沉积层，湖底平坦，从东到西倾斜，湖底沉积有石英石、石灰石、沙、黏土和黏土—石灰石淤泥，都是河道急流冲刷和风、冰侵蚀海岸而产生。

阿姆河是中亚地区最大的河流，发源于阿富汗与克什米尔地区交界处兴都山脉北坡，海拔约4900米的维略夫斯基冰川。源头名瓦赫集尔河，与瓦赫什河汇合向西北流，进入土库姆斯坦后称为阿姆河，经乌兹别克斯坦进入咸海。干流全长1427千米，流域面积46.3万平方千米，年水量671亿立方米，河水偏弱碱性。洪水最大含沙量100千克每立方米，少水年洪水最大含沙量48千克每立方米；多年平均含沙量4千克每立方米。

锡尔河也是咸海的重要支流之一，集水面积21.9万平方千米，水体偏中性。锡尔河的入咸海水量大幅下降，水面面积已从20世纪60年代的6.8万平方千米锐减为2021年的0.7万平方千米左右，大部分已干涸消失。

咸海位于哈萨克斯坦与乌兹别克斯坦交界处，曾是世界第四大湖泊。但是，随着咸海危机的出现，咸海早已退出世界第四大湖泊行列。作为中亚地区面临的最严峻的环境挑战，咸海危机的主要根源是20世纪中期对注入咸海的阿姆河、锡尔河河水的粗放式利用。而后者的根源可追溯到20世纪上半叶苏联的农业政策与发展战略。1918年，刚建立的苏联设想实施“棉花计划”（Хлопковый план），将中亚建设成棉花与水稻种植基地，以奠定苏联经济发展的农业基础。而要将中亚建设成棉花与水稻种植基地，必须以发达的灌溉系统为前提。这样，在苏联中央政府的规划下，阿姆河与锡尔河被改道以支撑起中亚地区的灌溉系统。到20世纪40年代，“棉花计划“进入规模化的实施阶段，苏联开始在中亚修建大量的水利设施，其中最具代表性的就是“卡拉库姆运河”（Каракумский канал）与费尔干纳运河（Феррагский канал）。20世纪60年代，这些运河将阿姆河与锡尔河大部分河水改道，流向咸海附近的沙漠、荒地，注入咸海的水量锐减。仅卡拉库姆运河就截取了阿姆河流量的1/3，而整个灌溉网络的截取量超过阿姆河流量的80%。自此，咸海便不断衰退。

2005年到2006年，北咸海的水位明显反弹。然而，在2009年到2014年间，咸海水位随旱涝年份不同出现交替性反复。2014年的大面积干旱导致东咸海出现首次完全干涸。

咸海的大面积干涸，一方面引起湖水含盐浓度增加，从1960年的11克/升增加到2001年的68克/升；另一方面导致湖底盐碱裸露，在风力作用下，大量盐碱撒向周围地区，使咸海周围地区的沙质平湖平原逐渐沙漠化，流沙迅速发展，形成“白风暴”（含盐的风暴）和盐沙暴，每年要发生几十起盐沙暴。

2010年3月下旬，咸海干旱的湖床沉积层上升起大量的沙尘羽状物，形成沙尘暴。美国宇航局“Aqua”卫星上的中分辨率成像光谱仪于3月26日拍摄了咸海上空沙尘暴的真彩色照片。照片显示，一股浅褐色的沙尘羽状物从南咸海的湖床沉积层上升起，并沿着哈萨克斯坦与乌兹别克斯坦的边境向东南方向吹去。在沙尘羽状物的东北方，两个红色圆点说明这两处区域可能发生野火。在“Aqua”卫星拍摄时，由于沙尘暴遮挡了大片天空，南咸海的东部水域几乎看不到踪迹。咸海水位的下降和水域的萎缩，导致原有的湖床沉积层大面积干涸，极易形成沙尘暴。此外，局部沉积层中还含有大量的盐、化肥和杀虫剂等物质，这些化肥和杀虫剂都来自灌溉区的农田。咸海地区不断形成的沙尘暴已经引起了人们的担忧和关注。沉积层中包含的大量化学物质会随沙尘羽状物升起，可能对该地区人们健康产生不利影响。

咸海地区每年约有4000万吨至1.5亿吨的咸沙有毒混合物从盐床（湖底、河滩）上刮起，从北向南吹去，吹向中亚草原，吹向农田和城镇，覆盖了阿姆河河谷丰腴的农田，加剧了中亚地区农田的盐碱化，土库曼斯坦共和国百分之八十的耕地出现高度盐碱化。随沙尘和雨落向地面的盐，因区域不同而异，大约每年平均1公顷达450－600公斤。

大面积的粮棉生产和移民生活，产生了大量的灌溉和生活废水，这些废水又重新流入阿姆河和锡尔河。地下水和饮用水受到了盐碱和农药的双重污染。

社区的经济和社会发展面临着更多的问题。在卡拉克尔帕克斯坦，饮水含盐，受到污染，金属含量高，这引起了诸如贫血等问题。这里的慢性气管炎、肾病和肝病，特别是癌症发生率增加3000%，关节炎增加6000%，因而婴儿死亡率是世界上最高的地方之一。

盐量与有害物的增加威胁着当地居民的健康，白血病、肾病、伤寒、肝炎、支气管炎、痢疾、食道癌、发育不全和婴儿夭折的发生比例都很高。地处阿姆河下游的努库斯市（乌兹别克斯坦境内），当地居民贫血症不断增多，怀孕妇女多患贫血症；锡尔河下游的克孜勒奥尔达市（哈萨克斯坦境内），儿童患病率1990年每千人为1485人次，到1994年增加到每千人为3134人次。

咸海丰富的水资源曾给当地带来了巨大的农业和渔业发展机会，当地渔业年捕捞量一度达到4万吨。但湖水大量减少导致鱼类资源下降，鱼类捕捞量微乎其微，有的商业捕捞已经在1982年终止，导致整个捕捞区失业。20世纪60年代，咸海有各种鱼类600多种，到1991年则只剩下了70余种，到2001年更是所剩无几；在锡尔河三角洲筑巢的鸟类曾有173种，现已减少到38种。

咸海周围的植被和野生动物也越来越稀少。原来位于河流三角洲内大面积的森林沼泽已经干涸，大量树木及灌木被彻底破坏，当地出没的数百种动物消失殆尽。咸海丰富的水资源曾给当地带来了巨大的农业和渔业发展机会，当地渔业年捕捞量一度达到4万吨。

咸海危机引发了诸多社会经济问题。咸海曾是周边居民生活的重要保障，是人们安居乐业的家园。以位于阿姆河三角洲的努库斯为例，它曾是中亚最富裕的地区。但咸海危机彻底改变了这种状态。努库斯赖以发展的经济支柱之一——渔业遭到毁灭性打击，经济发展停滞，居民举家迁离。咸海周边其他地区也遭受着与努库斯相同的境遇：经济发展停滞，失业率增加，居民健康也受到严重威胁。在这种境地中，大多居民迁离咸海地区，到乌兹别克斯坦、哈萨克斯坦甚至中亚其他地区谋求生存与发展的机会。中亚地区整体社会经济的可持续发展也受到咸海危机的制约。

苏联时代，曾出现过北水南调（将额尔齐斯河河水通过运河引入咸海）、引里济咸（从里海通过水渠或管道将水引入咸海）等治理方案，但都由于工程量巨大、负外部性突出等因素，未能实施。苏联解体后，中亚国家成为咸海治理的主体并开始探索新的治理方案。它们的主要治理思路不是从外部引水，而是做好咸海流域的水资源管理，减少中亚地区农业灌溉与工业用水过程中的浪费，将阿姆河、锡尔河被截流的部分河水重新注入咸海，即“退水归海”。咸海流域的水资源管理其中一个方案是，按照“枯水年”的水资源管理方式来管控正常年份的水资源利用。相关数据显示，中亚地区非“枯水年”被浪费在耕地或水渠渗漏的水资源为300亿平方米，而20世纪60年代咸海注水量为560亿平方米。

1992年2月，中亚五国水利部部长签署《阿拉木图协议》，正式开启了中亚国家咸海治理的进程。该协议主要有两项内容：一是流域各国用水量的限额；二是组建了国际水利管理协调委员会（IWMCC），后改名为国家间水资源协调委员会。

中亚国家自1993年开始便着力治理咸海；同年3月，中亚五国签署《关于解决咸海及其周边地带改善环境并保障咸海地区社会经济发展联合行动的协议》，并成立咸海流域问题跨国委员会（ICAS）、中亚国家间水资源协调委员会与拯救咸海国际基金会，后者被确立为咸海环境治理的核心机制。

1995年3月，中亚五国签署《关于咸海流域问题跨国委员会执委会实施未来3—5年改善咸海流域生态状况兼顾地区社会经济发展的行动计划的决议》。同年9月，中亚五国与有关国际组织就咸海环境治理签署《努库斯宣言》，即《咸海宣言》，这是咸海治理进程中最重要的一份文件。

1997年2月，中亚五国发表《阿拉木图宣言》，决定将拯救咸海国际基金会与水资源协调国际委员会合并，成立新的拯救咸海国际基金会，其组织架构不断成熟、完善。1999年4月，中亚五国签署《关于认可拯救国际咸海基金会及其组织地位的协议》，拯救咸海国际基金会的合法性与地位得以增强。

2003年，亚洲开发银行曾向乌兹别克斯坦贷款7320美元，以支持“阿穆赞加机械化渠道系统恢复”项目的推进。

2004年，亚洲开发银行与伊斯兰开发银行分别向哈萨克斯坦贷款3460万美元与950万美元，用于供水与排水系统的改造。

2019年，中国与乌兹别克斯坦科学家开展合作，希望利用中国荒漠化防治经验，共同助力咸海生态问题治理。乌方对于中国的支持表示十分的欢迎和赞扬。中科院新疆生态与地理研究所，在乌兹别克斯坦已经建立3个野外台站和一个农业试验示范区，并取得多项成果。