Ūdens sastāvu un vielu apriti ezerā nosaka tā specifiskā hidroloģija – sezonāla applūšana un tai sekojoša izolācija, kā arī vielu notece no sateces baseina un atbrīvošanās no ezera nogulumiem.
Ūdens sastāva vidējie rādītāji vasaras mēnešos (jūnijs–augusts): caurredzamība – 0,4 m; pH – 8,5–9,1; mineralizācija – 0,3 g/l; izšķīdušais skābeklis – 6,2–12,0 mg/l; redokspotenciāls – 202–565 mV; duļķainība – 2,7–10,6 NTU; kopējais N – 1,9 mg/l; NO3 – 0,02–0,03 mg/l; kopējais P – 0,2 mg/l; PO4 – 0,02–0,04 mg/l. Pateicoties Daugavas palu ūdeņu ieplūšanai caur Kosiņu ezera rietumu daļu palu vai plūdu laikā, tā ūdens sastāvs kļūst līdzīgs Daugavas ūdens sastāvam – tas kļūst duļķains, vāji mineralizēts un ar skābekli bagāts. Vasarā ezera centrālajā daļa novērojama vāja termiskā stratifikācija.
Ezera aizauguma pakāpe – ap 8 %. 2004. gada vasarā ezera piekrastē konstatētas 27 augstāko augu sugas, tai skaitā tādas eitrofiem ezeriem raksturīgas sugas kā parastā cirvene (Alisma plantago-aquatica), čemurainais puķumeldrs (Butomus umbellatus), slaidais grīslis (Carex acuta), iegrimusī raglape (Ceratophyllum demersum), upes kosa (Equisetum fluviatile), parastā mazlēpe (Hydrocharis morsus-ranae), mazais ūdenszieds (Lemna minor), dzeltenā lēpe (Nuphar lutea), parastā niedre (Phragmites australis), dažādu sugu glīvenes (Potamogeton sp.) un citas.
Ezera fitoplanktona un zooplanktona cenozes mainās gan sezonāli, gan reaģējot uz ūdens līmeņa izmaiņām: pavasarī ezerā dominē kriptofītaļģes un zaļaļģes, vasarā un rudenī – zilaļģes. Gandrīz visu gadu, izņemot ledstāves periodu un pavasara palu laiku, ezerā dominē pavedienveida zilaļģes (Anabaena spiroides, Oscillatoria sp.) un ir novērojama ļoti intensīva “ūdens ziedēšana”. Tās cēlonis, visticamāk, ir vēsturiskais piesārņojums ar lauksaimniecības ķimikālijām padomju gados, kas akumulējies ezera nogulumos. Zooplanktona sastāvā vasarā dominē virpotāji, ziemā – airkājvēži. Ezera zivju faunu veido Daugavai raksturīgās zivju sugas, tai skaitā rauda, ķīsis, plaudis un karūsa. Ielaistas karpas. Pavasarī ezers un tā applūdusī apkārtne kalpo kā migrējošo ūdensputnu pulcēšanās vieta.