Территория Ключевского района совершенно бессточна и не имеет современной гидрографической сети. Значительную площадь района занимают озера, располагающиеся одиночно и группами (Петухово, Куричье, Кривая Пучина и др.). На территории района находится 26 озер, в том числе ряд соленых и горько-соленых озер, которые к концу лета пересыхают. Грязь некоторых озер обладает целебными свойствами.

Озера расположены в замкнутых и полузамкнутых понижениях, в межгривных низинах. Вода в этих озерах большей частью минерализована. В засушливые годы большинство мелких озер пересыхает, и их днища превращаются в солончаки.

Интересным объектом является содовое озеро Петухово (с. Северка), расположенное в сосновом бору. Это большое озеро в период высыхания представляет собой огромную плоскую равнину, покрытую слоем белоснежной соли. В прошлые годы на этом озере велась добыча соли. Следы хозяйственной деятельности человека видны по сей день.

В 1998 г. в Ключевском районе объявлены памятниками природы регионального значения озера Шукуртуз (Чекуртуз), Бульдук, Петухово (Петуховское), Куричье. Озеро Шукуртуз образовалось в котловине выдувания и относится к озерам сульфатно-хлоридного типа с наличием минеральных грязей темно-серого или черного цвета с сероводородным запахом. Озеро активно используется местными жителями для водной рекреации и лечебных процедур (раполечение, грязелечение). Озеро Бульдук образовалось в котловине выдувания. Максимальная глубина – 3,5 м., берега пологие, с плавным спуском в озеро. Вода пресная с привкусом сероводорода. Озеро частично заросло тростником, имеются сплавки (плавающие заросли камыша).

Озеро Петухово расположено на абсолютной высоте 145,7 м. Это бессточное содовое озеро с площадью зеркала 5,4 кв. км, средней глубиной 1,7 м. Образовалось в котловине выдувания и относится к озерам карбонатного типа. Донные отложения достигают 3-6 м. и представлены серыми илами и аркозовыми песками. Озеро окружают песчаные дюны, за которыми располагается лесной массив.

Озеро Куричье образовалось в котловине выдувания, берега заболочены. Восточный берег представлен песчаными дюнами, переходящими в кочкарник. На южном берегу озера расположено урочище Касалгач, представляющее собой нетронутый участок степи. Урочище отделено от озера стеной непроходимого камыша.

Единственным источником водоснабжения в районе являются подземные воды, приуроченные к отложениям мезо-кайнозойского чехла Кулундинского-Барнаульского артезианского бассейна.

По результатам исследований по изучению ресурсов и запасов подземных вод, прогнозные эксплуатационные ресурсы подземных вод на территории Ключевского района оцениваются в 738,7 тыс. м3/сут., подготовленные к промышленному освоению − 3 тыс. м3/сут. Согласно данным государственного учета вод на территории Ключевского района в 2011 г. водопотребление всеми отраслями народного хозяйства составило 31,45 тыс. м3/сут., что не превышает 4% от общих прогнозных ресурсов района.

Основная часть прогнозных ресурсов подземных вод приурочена к неогеновым и палеогеновым отложениям. На территории района имеется всего
одно разведанное и подготовленное к промышленному освоению месторождение подземных вод для водоснабжения районного центра с. Ключи.