Toisistaan poikkeavat itä- ja länsiosa

Pyhäselän länsiosassa on jonkin verran saaria ja "syvänteet" jäävät vain alle 10 metrin. Itäosa on sen sijaan saareton ja melko syvä. Keskellä Pyhäselkää sijaitsevat Pyhäsaaret ovat luonnonoloiltaan järven tunnetuin ja ehkäpä eristynein saariryhmä. Lyhyin matka Pyhäsaarista mantereelle on noin 4 kilometriä, mikä on ollut leviämiseste mm. monille pikkunisäkkäille. Esimerkiksi Suomen metsien päästäislajeista Pyhäsaaressa elää vain yleisin, metsäpäästäinen. Suuri osa Pyhäselän vedestä laskee Pielisestä 70 kilometriä pitkää Pielisjokea pitkin. 

Ekologinen tila ja kuormitus

Pyhäselkä on tyypiltään suuri humusjärvi, jonka vesi on melko ruskeaa, humuspitoista ja niukkaravinteista. Ekologiselta tilaltaan Pyhäselkä luokitellaan hyväksi. Ennen Kuhasalon puhdistamon valmistumista Pyhäselän pohjoisosan laatua heikensi Pielisjokea pitkin tulevat taajamien jätevedet. Uimaharjun sellutehdas on kuitenkin 60-luvulta lähtien ollut suurin yksittäinen Pielisjokea kuormittava tekijä. Pielisjoen kuormitusta lisäävät myös jokivarren taajamat ja laitokset, Joensuun kaatopaikka sekä maa- ja metsätaloudesta tuleva hajakuormitus. Joensuun kaupungin jätevedet johdetaan kemiallisesti puhdistettuina Kuhasalon jätevedenpuhdistamon kautta Pielisjoen suuhun. Veden tilan huonontuminen näkyy rehevöitymisenä. Tämä lisää etenkin viherlevien tuotannon nousua.