锡尔河是中亚最长的河流，有2源，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。河流先后流经吉尔吉斯斯坦、乌兹别克斯坦、塔吉克斯坦、哈萨克斯坦4国，全长3019千米，流域面积21.9万千米，河口多年平均流量1060立方米/秒，年均径流量336亿立方米。
锡尔河主要支流有阿汉加兰河、奇尔奇克河、克列斯河、阿雷西河等。
伊犁河
伊犁河是中国水量最大的内陆河，也是新疆水量最丰富的河流。伊犁河主源特克斯河发源于汗腾格里峰北侧，由西向东流，在东经82°左右折向北流，穿过喀德明山脉，和巩乃斯河汇合，又折向西流，在伊宁和喀什河汇合，穿越国境，进入哈萨克斯坦，最终进入巴尔喀什湖。
塔里木河
塔里木河是中国境内天山南坡的重要河流，现由发源于天山的阿克苏河、发源于喀喇昆仑山的叶尔羌河以及和田河汇流而成。至清朝后期，塔里木河在上、中游仍有五条源流（除现阿克苏河、叶尔羌河、和田河外，还有喀什噶尔河和渭干河）。后因绿洲扩大，人工渠道增多，引水量增加，使喀什噶尔河在清末、渭干河在解放初就失去和塔里木河联系。
天山上各种野生动植物3000余种，各类珍稀濒危动植物近500种。
托木尔峰保护区内高等植物382种，隶属60科238属。真菌167种；地衣19种；不完全地衣2种。
截至2007年，西天山国家级自然保护区统计已发现高等植物分属70科339属752种。已被列入《国家重点保护植物名录》的有新疆野苹果、野杏、阿魏、紫草、雪莲、黄芪、牡丹等10余种。
天山地区也是优良牧草的基因库，已发现的禾木科植物就达55种，其中很多羊茅、草地早熟禾、垂穗披碱草、西伯利亚三芒草、沙生针茅、野燕麦、野黑麦等，还有豆科的野生紫花苜蓿、草木樨等。
天山有陆栖脊椎动物146种，其中两栖纲3种，爬行纲7种，鸟纲101种，哺乳纲35种。其中国家一级保护动物有黑鹳、金雕、白肩雕、雪豹、北山羊5种，国家二级保护动物有棕熊、马鹿、盘羊、高山雪鸡等19种。保护区内有昆虫25目102科194种；大型真菌20科55属90种。
托木尔峰保护区野生动物主要包括陆栖脊椎动物77种，隶属13目28科73属；昆虫1000余种。其中国家一级重点保护动物5种，包括雪豹、北山羊、金雕、玉带海雕、胡兀鹫。
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