Hydrologi
Tjocksjön är en varierande vattenmassa. Dess uppmätta yta fluktuerar vanligtvis säsongsmässigt, med en topp i slutet av oktober eller början av november, för att sedan krympa med mer än hälften i slutet av april eller början av maj. Sjön är översållad med ett stort antal öar, som kan växa samman till större landområden under perioder med extremt låga vattennivåer. Sjöns volym återspeglar den lokala nederbörden och avrinningen från dess avrinningsområde, som balanseras mot förluster genom avdunstning, transpiration och läckage. Sjön matas huvudsakligen av flodsystemet Chari (Shari)-Logone, som står för ungefär fyra femtedelar av inflödet. Av det återstående inflödet kommer det mesta från floderna Ebeji (El-Béid) och Yedseram. Förlusterna till följd av avdunstning och transpiration från vattenväxter uppgår till cirka 2 500 mm (100 tum) per år. Det är troligt att upp till ytterligare 10 tum (250 mm) fyller på grundvattentäkterna i de angränsande lågländerna Manga och Kanem och passerar som undervattensflöde genom El-Ghazal.
Under perioder när sjön har en större yta kan den delas upp i två bassänger som delvis är åtskilda av en låg ås som sträcker sig ungefär i nordost-sydvästlig riktning över sjöns mitt; åsen bildades under en torka i början av 1900-talet, och vid vissa tillfällen har den helt delat upp bassängerna. Typiskt sett är djup på 13 till 23 fot (4 till 7 meter) vanliga i den nordvästra bassängen, och djup på 33 fot (10 meter) kan förekomma bland öarna längs bassängens östra kant. På grund av Chari-flodens sedimentavlagring är den sydöstra bassängen i allmänhet grundare (3-4 meter), men ibland kan den nå ett djup på 11 meter längs skärgården. Sjöbankens svaga lutning gör att ihållande vindar under torra säsonger lokalt kan påverka vattennivåerna under korta perioder. Salthalten i Tchadsjön är ovanligt låg för en tropisk torrlandssjö utan utlopp. När sjöns vatten avdunstar under torrperioden ökar salthalten, med de högsta värdena registrerade längs den nordöstra strandlinjen.
Resenärer rapporterade om höga vattennivåer och överflöde i El-Ghazal under 1200- och 1800-talen. År 1870 täckte till exempel Tchadsjön cirka 28 000 kvadratkilometer. Vid sekelskiftet 1900 började sjön minska i storlek, men på 1920-talet hade den återhämtat sig och 1956 flöt den återigen över i El-Ghazal. Under 1970- och 80-talen var amplituden i sjöns årliga variabilitet den största som registrerats under 1900-talet, med genomsnittliga nivåer som föll under långtidsnormerna. Ytan reducerades till mindre än 3 900 kvadratkilometer under en tid i mitten av 1980-talet och återigen i början av 2000-talet. Den motsvarande variationen i nederbörden tycks ha varit relaterad till effekterna av miljöförstöring.