祁连山位于青藏、黄土两大高原和蒙新荒漠的交汇处，受青藏高原气候和荒漠气候影响，气温高，冷热剧变，相对湿度低，所以蒸发强烈。经统计，祁连山西水地面气象站多年平均蒸发量为1043.3mm，蒸发年内分配很不均匀，蒸发主要集中在4～9月，占年蒸发量的75.1%，最大月蒸发量出现在6月份，占年蒸发量的14.4%，最小月蒸发量出现在1月份，占年蒸发量的2.4%。

祁连山水系呈辐射－格状分布。辐射中心位于北纬38°20′，东经99°，由此沿冷龙岭至毛毛山一线，再沿大通山、日月山至青海南山东段一线为内外流域分界线，此线东南侧的黄河支流有庄浪河、大通河、湟水，属外流水系；西北侧的石羊河、黑河、托来河、疏勒河、党河，属河西走廊内陆水系；哈尔腾河、鱼卡河、塔塔棱河、阿让郭勒河，属柴达木的内陆水系；还有青海湖、哈拉湖两独立的内陆水系。河流流量年际变化较小，而季节变化和日变化较大。祁连山脉东部的乌鞘岭、冷龙岭、日月山一线是中国西北地区内流区与外流区的分界线。此线以东的庄浪河、大通河、湟水皆汇入黄河，此线以西的河流皆为内流河。

祁连山储水以冰川为主，冰川融水出流形成祁连山水系。根据中国科学院原冰川冻土研究所的统计，祁连山共有冰川 3306条，面积达2060. 0平方公里左右，约占我国冰川总面积56500.0平方公里的3. 7%。现代冰川下限，北坡为4100.0～4300. 0m，南坡4300.0～4500. m，且西部较东部高200.0～300. 0m。冰川总储水量约为1145.0亿立方米QH省地理志记为1320亿立方米，大体相当于河西地区年径流量的15倍，冰雪融水主要补给山北的河西走廊和山南的大通河。冰川沿山脊成羽状分布其分布特征是：东经99°以东的走廊南山、冷龙岭，降水条件较好，冰川数量多、规模小，多数是悬冰川和冰斗冰川；东经 99°以西地区冷储大，冰川数量少但规模大，多数是山谷冰川，有大雪山、斑赛尔山索珠连峰、疏勒南山、土尔根达板山和党河南山5个较大的冰川区。山系内最长的山脉一走廊南山冰川数目数最多，最高的山脉一疏勒南山冰川面积最大。

最大的冰川是大雪山的老虎沟 12号冰川和土尔根达坡的敦德冰川。老虎沟 12号冰川属山谷冰川类型，长 10.1公里，面积为 21.9平方公里，冰储量达 2.6立方公里，折水量约 22.0亿立方米。敦德冰川跨甘肃、青海两省之间，为两省共有，属平顶冰川类型，面积 57.1平方公里，长度 6.2公里，冰储量4. 3km3，折水量约 36.0亿立方米冰川的平均厚度为 50米，最大厚度在老虎沟 12号冰川为 120.0米。

位于SNYGZ自治县西部陶赖山北坡、距嘉峪关市约116公里的“七一”冰川，则属冰斗山谷冰川，全长 30.5公里。该冰川的冰舌部海拔 4302米，冰峰海拔 5145米，冰川面积约 5平方公里。冰层平均厚度为78米左右，最厚处达 120米，年储水量约为 1.6亿立方米，融水量 70万- 80万立方米，成为一个大固体淡水水库。“七一”冰川系我国科学院兰州分院的科学家和原苏联专家于1958年 7月 1日发现，并以登上冰川的日期命名的。它的被发现，标志着中国冰川研究的起步，所以有着特殊的地位。

各时代地层大致分布及赋存有关矿产如下：中晚元古界分布于北祁连和中祁连等地，赋存有金、铜、铅锌、铁、钨、锰等矿产；寒武系分布于北祁连，赋存的矿产有铜铅锌、金、磷、钒、铀等矿产；奥陶系主要分布于北中南祁连，赋存的矿产有铜、铅锌、金；志留系分布于南北祁连，赋存的矿产有铜、金、铁、铅锌；泥盆系分布于北祁连，赋存的矿产有金、铅锌、汞；石炭系分布于北中南祁连，赋存的矿产有煤、金、铁、铅锌；二叠系在南北祁连，赋存矿产有金、铁、煤；三叠系主要分布于南北祁连，赋存矿产有金、汞、锑；侏罗系在祁连山有分布，赋存的矿产有煤、石油；白垩系在祁连山有较广泛分布，赋存的矿产有煤、石油；新生界在祁连山分布广泛，赋存的矿产有石膏、盐类、砂金矿等。