Водный режим озер непостоянен, колебания их уровня объясняются повторяющимися изменениями климата: за последние 200-220 лет озера неоднократно высыхали и наполнялись с периодичностью около 30 лет. При максимальном наполнении площадь Барун-Торея составляет 550 км2, Зун-Торея – 285 км2. Когда водоемы максимально заполнены, в них полно рыбы, в особенности - серебряного карася. Между собой озера связаны протокой Уточи, а наличие в воде гидрокарбонатных солей, взвеси и ила придает воде Тореев необычный молочно-белый цвет. По северо-восточному побережью озера Зун-Торей простилаются сопки вулканического происхождения, поэтому здесь нередки находки вулканического туфа, друз горного хрусталя, различных халцедонов. Есть и находки орудий труда древнего человека; скребки и ножи, выполненные из халцедона, встречаются чаще других. Торейские острова можно по праву назвать царством птиц. Здесь обитает более 300 видов пернатых, из которых около 40 видов занесены в Красную книгу России, а около 20 – в Красный список глобально угрожаемых видов Международного Союза охраны природы. Только здесь в России гнездится реликтовая чайка, только здесь можно встретить тысячные стаи гусей-сухоносов, а также 6 видов журавлей одновременно (в том числе все пять видов, внесенных в Красную книгу РФ). Торейские озера и их окрестности являются одним из важнейших мест в Азии, где обитают перелетные птицы. Озера расположены на пересечении Центральноазиатско-Индийского пролетного пути и внутриконтинентальной ветви Восточноазиатско-Австралийского пути пролета птиц. Миллионы птиц во время миграции останавливаются на отдых и кормежку в котловине Торейских озер. Территория Торейских озер имеет важное значение и для млекопитающих: именно в ближайших окрестностях Торейских озер сформировалась единственная на сегодняшний день в России оседлая размножающаяся группировка монгольского дзерена численностью около 3500 особей. В 1994 году Торейские озера включены в Список водно-болотных угодий международного значения (Рамсарская конвенция) как местообитание околоводных и водоплавающих птиц.