乌兰县属大陆性气候，空气干燥，降水量少，降水年内分配极不均匀，年均降水量为80.4～330.2毫米，全县蒸发量很大，年水面蒸发量2000～3000mm。

全县水资源总量为2.736亿m³。其中，地表水主要有都兰河流域、赛什克河流域和茶卡河流域，地表水总资源量为2.424亿m³，地下水资源主要储存于希赛盆地和茶卡盆地，地下水资源量为2.085亿m³，地表水和地下水的重复量为1.773亿m³。

县内主要湖泊有三个，总面积为286平方公里，其中：茶卡盐湖为154平方公里，柯柯盐湖为119平方公里，都兰咸水湖为13平方公里。