九寨沟自然保护区内有108个高山湖泊，它们大部分成群分布，面积大小不同，小的半亩，大的千亩以上。九寨沟有许多天池，其中最大的长达7公里，天池的四周覆盖着郁郁葱葱的原始森林。保护区内最大的湖泊为长海子，它由此向南达7公里。较有名的差不多二十几个，比较典型的长海，五花池，上季节海，下季节海，犀牛海，树正群海，双龙海，芦苇海，火花海，卧龙海，老虎海，镜海，五花海，熊猫海，箭竹海，天鹅海，芳草海等。

九寨沟的湖水呈现艳丽的蓝绿色，这是由于湖水中短波长的散射远大于长波长，这就是瑞利散射效应。瑞利散射效应在九寨沟的湖水中之所以尤为突出，主要是因沟内植被郁闭度高、水循环条件较畅通以及石灰华对悬移质的固定作用，从而使水中悬浮物、有机物、浮游生物极少，湖水的洁净度和透明度极高。由于湖水透明度高，湖底的灰白色钙华、黄绿色藻类对透射光的选择性吸收和反射，也增加了湖水色彩的层次和变化。

九寨沟的湖泊大多属于岩溶湖泊，高山融雪水与地表水顺着岩石裂缝渗入地下，溶解了大量的钙离子、碳酸氢根离子。当这些富含碳酸根的地下水出露地表后，由于外界水温和压力的变化，水体中的碳酸钙不断结晶析出，沉淀在九寨沟，这就是九寨沟钙华的形成过程。不同于一般的高原湖泊，九寨沟水体中含有丰富的钙离子、碳酸氢根离子。如此高浓度的钙离子、碳酸氢根离子以及碱性的水体环境使得湖泊中有大量的钙华（碳酸钙）颗粒物存在。这些钙华颗粒由于瑞利散射和米氏散射，对可见光中波长较短的蓝绿光具有强烈的选择性反射和散射作用，且各个方向上的散射强度不一样，这就使得从不同角度观察湖面，湖泊会呈现出不同深度的颜色。

九寨沟的湖泊处于地形起伏很大的深切峡谷中，不同地段同一时间、同一地段不同时间，太阳光的入射角及入射量、湖水表面对光的反射状况和湖水的透明度都有很大的变化，因此也造成了湖水色彩的更加变幻多姿。