Водные организмы (гидробионты) в зависимости от образа жизни делятся на два основных типа: население толщи воды — пелагические организмы (планктон) и население дна — бентические организмы (бентос).
Планктон является совокупностью растительных и животных организмов, обитающих в толще воды во взвешенном состоянии. Большая часть планктона совершенно независима от твердого грунта, и лишь немногие формы временно используют его в качестве опоры. Планктонные организмы не способны противостоять даже слабому движению воды и пассивно переносятся течением и волнами. Некоторые водоросли и беспозвоночные образуют вокруг своего тела мощные слизистые оболочки, богатые водой, по размерам иногда превосходящие размеры самого организма (синезеленые и зеленые водоросли, коловратки и др.).
Фитопланктон состоит в основном из микроскопических водорослей, обитавших в затопленных водоемах. Фитопланктон водохранилищ интенсивно развивается в первые годы их существования вследствие выщелачивания биогенных элементов из затопленных почв. Развитие фитопланктона в значительной мере зависит от степени мутности поступающей воды и быстроты ее осветления. В верховьях, где вода отличается значительной мутностью, фитопланктона меньше, и он по своему видовому составу (преобладание диатомовых) ближе к речному, чем в средней части. В приплотинных участках фитопланктона снова становится меньше, так как из-за больших глубин биогенные элементы выходят из круговорота, задерживаясь в грунте, и недостаток питательных солей ограничивает развитие водорослей. Кроме того, количество фитопланктона зависит от времени года. В фитопланктоне открытой части водохранилища обычно преобладают две группы водорослей — диатомовые, характерные для весны и осени, и синезеленые, особенно интенсивно развивающиеся во второй половине лета. В прибрежных мелководных районах и заливах фитопланктон качественно разнообразнее. Здесь в значительном количестве встречаются эвгленовые, протококковые, десмидиевые водоросли. Синезеленые водоросли во время «цветения» дают более 90 % массы планктона. Планктонный период жизни синезеленых относительно короток — с июня по сентябрь. Остальную часть года они находятся на дне на глубине 10—15 м в анаэробных илах. На поверхности воды водоросли образуют мощные скопления, шаровидные и в виде пленок. Биомасса этих скоплений нередко достигает десятков килограммов в одном кубическом метре воды. Они представляют собой наиболее вредный компонент «цветения» воды: бывают насыщены продуктами распада, в том числе токсическими. Поверхностные пленки синезеленых водорослей усиливают испарение: оно может возрастать в периоды «цветения» на 20—30 %. Мощному развитию синезеленых в равнинных водохранилищах способствуют три фактора: замедленный водообмен, накопление взвешенных и растворенных веществ, уменьшение содержания кислорода у дна при глубине не более 10—15 м.
Зоопланктон состоит из мелких животных, обитающих в толще воды, которые являются основной пищей для планктоноядных рыб и молоди многих рыб. В состав зоопланктона входят мелкие ракообразные, которые в изобилии развиваются на хорошо прогреваемых мелководьях, особенно в первый год затопления водохранилища. На верхних плесах зоопланктон беднее, чем на средних и нижних.
После распадения льда быстро размножаются и заселяют различные участки водохранилища циклопы и коловратки (важная часть зоопланктона). При наступлении тепла развиваются кладоцеры в основном из зимних яиц. Циклопы, дафнии, босмины на зиму собираются в придонных слоях глубоких участков и у плотин в нижнем плесе, где температура воды около 3 °С. Здесь же зимует молодь рыб, питающаяся рачками. При зимней сработке уровня водохранилища рачки и зимующая рыба могут выноситься из водохранилища в нижний бьеф. При интенсивной летней сработке часть рачков выносится из водохранилища, а часть погибает на осушенных участках. Мутная речная вода, поступающая в водохранилища, бедна питательными веществами, и развития зоопланктона почти не происходит.
Для зоопланктона водохранилищ характерны более интенсивное развитие ротаторий и кладоцер по сравнению с копеподами.
Для всех крупных равнинных водохранилищ характерны дафнии, циклопы, диаптомусы и др.
По водохранилищу зоопланктон распределяется неравномерно: характерно нарастание биомассы зоопланктона от верхнего участка, имеющего речной облик, к плотине. Зоопланктон заливов отличается более высокой биомассой (в 2—5 раз) по сравнению с открытой частью. В середине лета (июль — август) нередко отмечается значительное уменьшение биомассы зоопланктона.
Степень развития планктона зависит от конфигурации водохранилища. В узких русловых водохранилищах с большей проточностью и большим водообменом зоопланктон не успевает формироваться и остается по своему составу речным с преобладанием коловраток, причем обычно низкой биомассы.
Бентос — совокупность растительных и животных организмов (фито-, зообентос), населяющих дно водоема.
Фитобентос состоит из ряда водорослей и макрофитов — водяная гречиха, рдесты, элодея, камыш, осока и др. В первый год существования водохранилища наиболее интенсивно развиваются немногие макрофиты. Лишь к десятому году в прибрежной зоне складываются сообщества макрофитов.
Зообентос состоит на 80 % из личинок хирономид, преимущественно хирономус плюмозус, глиптодентипес, эндохирономус, проклядиус, питающихся планктонными водорослями и распространяющихся по всему водохранилищу. Личинки хирономид быстро заселяют дно, так как за лето дают по 6 генераций и распространяются воздушным путем. Ими питается сазан, лещ и другие рыбы. В верхнем плесе хирономиды развиваются в меньшем количестве, чем в среднем и нижнем, где происходит массовое развитие планктонных водорослей (мелозира и анабена), являющихся пищей для хирономид. Хирономиды распространяются от нулевых глубин до 18 м и более. При летне-осенней и зимней сработке водохранилища хирономиды, как правило, погибают на осушаемой площади. При новом залитии площади они вновь заселяют ее, как в первый год залития. На осушенных летом участках водохранилища улучшается аэрация почвы, ускоряется минерализация органических веществ, благодаря чему создаются благоприятные условия для успешного развития хирономид.
На глубоких участках встречаются черви и двустворчатые моллюски, реже — личинки ручейников и поденок.
Водохранилища заселяются в основном теми видами бентосных организмов, которые обитали в затопленных водоемах.
В заливах на участках затопленного леса развивается весьма богатая, разнообразная фитофильная фауна. Биомасса бентоса здесь в 2—4 раза больше, чем в открытой части водохранилища. Для водохранилищ Дона, Днепра, Волги характерно массовое развитие реликтового моллюска дрейссены, численность личинок которого в толще воды достигает 300—400 тыс. экз/м3, а взрослых особей — 5—10 тыс. экз./м2. Биомасса скоплений этого моллюска достигает 3—5 кг/м2. Дрейссена проникает в системы водоснабжения и создает значительные помехи в их эксплуатации. Для борьбы с дрейссеной весьма эффективна промывка системы горячей водой температурой 40—55 °С, а также применение электрического тока.