Está situado a una altura de 3.800 metros sobre el nivel del mar. El lago es particularmente transparente (de 15 a 65 m) y de aguas azules. Se necesitan 45 días para atravesarlo en barco.
La temperatura promedio anual del lago es de 13 ºC, en tanto que el clima en la región del lago es de naturaleza extrema, con grandes variaciones de temperatura que se acentúan en función a la lejanía del lago y aumento de altura. Las pluviometría aumenta en los meses del verano austral (diciembre a marzo) y cae drástricamente en los meses de invierno (abril a noviembre). En verano son frecuentes las tormentas sobre el lago y la zona circundante, así como las inundaciones en zonas de nivel 0 sobre el lago.
El agua del lago Titicaca es algo salada. Gran parte del agua se pierde por evaporación y las sales que han entrado con los ríos se quedan. Sólo un 5 por ciento del agua se va por el río Desaguadero y desemboca en el lago Poopo que es mucho más salado. El agua finalmente se pierde en el salar de Coipasa donde la escasa cantidad de agua que reciben termina por evaporarse completamente.
Los ríos de la hoya del Titicaca son de corta longitud, el río de mayor longitud (Ramis-Azángaro-Carabaya) sólo tiene 240 kilómetros. Otra característica de los afluentes del Titicaca es su caudal irregular marcado por las lluvias estacionales entre diciembre y marzo y la ausencia de lluvias entre junio y noviembre que disminuyen notablemente su caudal; estas lluvias generan inundaciones en las desembocaduras de los ríos, y son más notables en los ríos Ramis e Ilave.
Además los afluentes del Titicaca destacan por la ausencia de turbulencia, el carácter meándrico debido a la baja pendiente y por mantener fauna fluvial consistente en peces (suche y chalhua) y reptiles. Así como aves buceadoras que viven de la fauna del río.
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