حوض تشاد هو جزء منحرف من الدرع الأفريقي قبل الكمبري، حيث أن معظم الصخور البلورية الأقدم مغطاة برواسب حديثة، فقد كان التأثير الفيزيوغرافي الأكثر أهمية على الحوض هو البحر القديم، حيث كان البحر في أقصى حد له أكثر من 600 قدم (180 متراً) ويحتل مساحة تقارب 154.400 ميل مربع (400000 كيلومتر مربع)، ويتم تصريفه في المحيط الأطلسي عبر نظام نهر بينو، فشهدت أربع مراحل عالية منذ ما بين 41000 و 2300 عام.

وتم توثيق تاريخ البحر في السجل الستراتيغرافي، والذي يتضمن طبقات سميكة من التراب الدياتومي ورمال لاكوسترين وشواطئ متدرجة وبقايا أسماك ورخويات حديثة في مناطق قاحلة الآن من الحوض، فتنخفض أرضية الحوض إلى الشمال الشرقي من البحيرة الحديثة لتصل إلى أدنى نقطة لها في منخفض دجوراب على بعد حوالي 300 ميل (480 كم)، كما تتدفق بحيرة تشاد أحياناً إلى نهر الغزال المتقطع بشكل عام المؤدي إلى المنخفض، ولكنها عادة ما تكون محصورة بحقول الكثبان الرملية في كانم.

يتأثر مناخ منطقة بحيرة تشاد بشدة بالهجرة الموسمية والتفاعل بين الكتل الهوائية السائدة في المنطقة وهما كتلتان: كتلة هوائية قارية جافة ومنخفضة وكتلة جوية بحرية رطبة وغير مستقرة، حيث تتحرك الكتلة الهوائية الرطبة شمالاً خلال فصل الصيف وتندرج تحت كتلة الهواء الأكثر جفافاً، كما يحدث هطول الأمطار عندما يكون عمق الهواء الرطب كبيراً بدرجة كافية، حيث يختلف عمق الكتلة الهوائية يومياً وكذلك موسمياً وهو ما يمثل التباين في مستويات هطول الأمطار، ففي نهاية فصل الصيف أعيد تأكيد هيمنة الكتلة الهوائية القارية الجافة، حيث يزداد التبخر والنتح من التربة والنباتات ثم يتناقصان مع جفاف الطبقات السطحية للتربة وفقدان النباتات أوراقها، وموسم الجفاف هو أيضاً فترة الهارماتان وهي رياح محملة بالغبار تقلل الرؤية لأيام في المرة الواحدة، كما يساهم التشمس المتزايد وانخفاض الرطوبة والرياح الجافة بشكل كبير في فقدان المياه في البحيرة.

فإن مستويات هطول الأمطار هي الأعلى من شهر يوليو إلى شهر سبتمبر، حيث يبلغ متوسط ​​هطول الأمطار السنوي 22 بوصة (560 ملم) عند الحافة الجنوبية لبحيرة تشاد وحوالي 10 بوصات (250 ملم) في الهامش  الشمالي، وإن التقلبات خلال العام تكون عالية وتتزايد من الجنوب إلى الشمال، كما أن التباين من سنة إلى أخرى مرتفع أيضاً وتتكرر حالات الجفاف، كما أن درجات الحرارة خلال موسم الأمطار معتدلة مع أعلى مستوياتها في 90 درجة فهرنهايت أي (منخفضة 30 درجة مئوية)، وفي شهري أكتوبر ونوفمبر أثناء الانتقال إلى موسم الجفاف ترتفع الارتفاعات اليومية فوق 90 ​​درجة فهرنهايت (32 درجة مئوية)، وتكون النطاقات اليومية تقريباً ضعف تلك الموجودة في موسم الأمطار، وخلال شهري ديسمبر ويناير تكون ارتفاعات النهار أقل مع انخفاض قيعان الليل أحياناً إلى 40 درجة فهرنهايت أي (حوالي 8 درجات مئوية)، وعادةً ما يكون شهر أبريل هو أكثر شهور السنة سخونة، حيث تصل درجات الحرارة أحياناً إلى 110 درجة فهرنهايت أي (40 درجة مئوية منخفضة).

بحيرة تشاد هي عبارة عن جسم مائي متغير، فعادةً ما تتقلب مساحة سطحه المقاسة بشكل موسمي، حيث تبلغ ذروتها في أواخر شهر أكتوبر أو أوائل شهر نوفمبر ثم تتقلص بأكثر من النصف بحلول أواخر شهر أبريل أو أوائل شهر مايو، حيث تنتشر في البحيرة العديد من الجزر، والتي يمكن أن تلتحم في مساحات أكبر من الأرض خلال فترات انخفاض مستويات السطح للغاية، كما يعكس حجم البحيرة هطول الأمطار المحلية وتصريف منطقة مستجمعات المياه متوازنة مع الخسائر من خلال التبخر والنتح والتسرب، حيث تتغذى البحيرة بشكل رئيسي من نظام نهر شاري (شاري) – لوغون والذي يمثل حوالي أربعة أخماس التدفق.

ومن بين التدفقات المتبقية يساهم نهري الإبيجي (البيض) ويدسرم بمعظمها، حيث تبلغ الخسائر الناجمة عن التبخر ونتح النباتات المائية حوالي 100 بوصة (2500 مم) كل عام، ومن المحتمل أن ما يصل إلى 10 بوصات (250 مم) أخرى تعمل على تجديد إمدادات المياه الجوفية في الأراضي المنخفضة المجاورة لمانجا وكانم وتمر عبر نهر الغزال، وفي الأوقات التي تكون فيها مساحة سطح البحيرة أكبر  فمن الممكن تقسيمها إلى بركتين منفصلتين جزئياً عن طريق سلسلة من التلال المنخفضة تمتد تقريباً من الشمال الشرقي إلى الجنوب الغربي عبر مركز البحيرة، كما تشكلت السلسلة خلال فترة جفاف في بداية القرن العشرين وفي بعض الأحيان كانت تقسم الأحواض تماماً.