Тилігульський лиман є найдовшим лиманом Північно-Західного Причорномор'я. Його довжина сягає 68 кілометрів, середня ширина - 2,5 кілометри, площа водної поверхні - близько 150 квадратні кілометри. Північна і центральна частини лиману мілководні, там середня глибина становить 3 метри. В південній і центральній частинах лиману розташовані улоговини, максимальні глибини яких досягають майже 21-го метра.
Лиман відділений від моря пересипом шириною близько 4 і довжиною до 7 кілометрів. У пересипу проритий штучний канал шириною від 26 до 40 метрів та глибиною до 1,5 метрів, який з'єднує лиман з морем. Довжина його складає 3700 метрів. Довгий час експлуатація каналу в рибогосподарських цілях передбачала відкриття його навесні для запуску малька в лиман на нагул. Однак канал функціонував епізодично, оскільки інтенсивно замивався піском з боку моря. До каналу примикають мілководні солоні озера, пов'язані з ним. У північну частину лиману впадає річка Тилігул. Довжина річки - 173 кілометри, її ширина доходить до 20 метрів, площа басейну 3550 км², середньорічна витрата води поблизу гирла за даними у період 1953-1988 рр. становила близько одного метра кубічного на секунду, однак з 1989 цей показник зменшився наполовину, через створення численних ставків в гідрографічній мережі лиману. Тилігульський лиман і прилегла територія мають значні рекреаційні ресурси. Серед них виділяється найбільше родовище мінеральних лікувальних магнієво-натрієвих грязей, запаси яких оцінюються фахівцями у 15 тис. тонн. За кліматичними, гідрологічними та екологічними показниками Тилігульський лиман дає великі можливості для лікувальної, оздоровчої рекреаційної діяльності, а також для регламентованого рибальства та полювання, екологічного туризму. У водах лиману мешкає понад тридцять видів риб, тут існує близько двохсот видів водоростей.
На берегах водойми розташований Тилігульський регіональний ландшафтний парк. Частина території парку налічує більш як сто надзвичайно цікавих природних об'єктів зі значним спектром рідкісних і вимираючих видів флори й фауни. Тилігульський лиман входить в міжнародний список Рамсарської конвенції про захист водно-болотних угідь. Ці території навколо Тилігульського лиману охоплюють площу 26 тис. км² в межах Миколаївської та Одеської областей України. Це один з небагатьох ветландів, які зберегли сьогодні природні приморські ландшафти. Його екологічна система має унікальні умови для життя тваринного і рослинного світу, акваторія лиману є великою цінністю для підтримки біологічної рівноваги регіону. В даний час в результаті антропогенної діяльності в басейні лиману, кліматичних змін, відсутності науково обґрунтованих планів водного та екологічного менеджменту, природні ресурси Тилігульського лиману знаходяться під загрозою втрати. Наприклад, протягом аномально жаркого, з великою кількістю зливових атмосферних опадів, літа 2010 р. були відзначені неодноразові випадки масової загибелі риби через "цвітіння" водоростей. У різних районах лиману локальні замори риб спостерігалися також влітку 1999, 2000, 2001, 2006, 2007 рр.
В результаті значного зменшення поверхневого стоку з водозбірного басейну та нераціонального використання з'єднувального каналу значно збільшилася солоність води в лимані, що призвело до зміни домінантного прісноводного комплексу риб на морський, зі значно меншою видовою різноманітністю. У 2014-2015 роках дзеркало Тилігульського лиману зменшилося у два рази, а концентрація солі в ньому у два рази перевищувала солоність морської води. Вчені, які били на сполох останні 10 років, відвели на всі роботи з порятунку водойми 2-3 роки, інакше лиман перестав би існувати та розділився б на три окремих надзвичайно солоних озера. У 2016 році почалася реалізація проєкту з відновлення постійного каналу, який з'єднає лиман з Чорним морем та будівництва гідротехнічної споруди, що унеможливить замулення каналу лиман-море піском. Початок цієї роботи вже дозволив підняти рівень Тилігульського лиману на півтора метра і запобігти його висиханню, яке прогресувало. За два роки наповнення водойми почалося його інтенсивне відновлення. В лимані з'явилася риба: бичок, кефаль, камбала. Крім того, експедиція вчених зафіксувала на гніздуванні рекордну кількість птахів, в порівнянні з останніми роками екологічної кризи. На п'ятнадцяти островах в пониззі Тилігульського лиману знову з'явилися кулики, крячки, лебеді, лиски, качки, очеретянки та інші пернаті.
Загальний обсяг робіт для відновлення каналу що з'єднує Тилігульський лиман з Чорним морем розбитий на три етапи. Перший, передбачав будівництво гідротехнічної споруди, яка б запобігла засміченню каналу піском та мулом. Його вже завершено.
На другому етапі планувалося розширення і поглиблення самого каналу. На третьому етапі необхідно провести доброустрій та бетонування берегів каналу.