Khi mùa mưa sắp kết thúc vào tháng 11 và mùa khô đến gần, nước ở những vùng ngập lụt rút đi và lực hấp dẫn sẽ đưa nước trong hồ chảy về lại dòng chính sông Mekong. Cá con di cư ra khỏi hồ Tonle Sap và tìm nơi ẩn náu ở các vực sâu khắp hệ thống sông Mekong. Những con đã lớn về lại nơi sinh sản ở xa phía thượng nguồn để đẻ trứng và chờ chu kỳ này bắt đầu lại. Lúc cao điểm, cá di cư khỏi hồ có thể hơn 30 tấn một giờ. Các thác nước tại Siphandone trên dòng chính sông Mekong gần biên giới Lào - Campuchia là một rào cản ngược dòng tự nhiên, chặn cuộc di cư của nhiều loài cá. Một số loài vượt qua các thác nước trong khi những loài khác chọn di chuyển sâu vào các khúc sông thượng nguồn của các con sông 3S (tên gọi của ba con sông Sesan, Sekong và Sreok). Quá trình tự nhiên này diễn ra nhịp nhàng hàng năm không sót một nhịp nào kể từ khi sông Mekong kết nối với hồ Tonle Sap cách đây 5 thiên niên kỷ. 

Có thể chia hệ sinh thái phức tạp ở hồ Tonle Sap thành ba khu vực là các vòng tròn đồng tâm. Khu vực trong cùng là hồ vĩnh cửu, luôn đầy nước. Tiếp theo là khu vực rừng và các đồng cỏ ngập nước bị ngập từ 5 đến 8 tháng một năm trong mùa mưa, có nhiều cây và bụi rậm. Cuối cùng, khu vực nông nghiệp là vùng bên ngoài một năm chỉ ngập vài ngày. Cho đến nay, khu rừng ngập nước rộng hơn 7.000km2 là nơi quan trọng nhất cho nghề cá ở hồ Tonle Sap và sự đa dạng sinh học chung trong hệ sinh thái hồ này và toàn bộ sông Mekong. Một số cây trong khu rừng ngập cao tới 15 mét và thích nghi để sinh tồn khi thân cây ngập trong 4 - 6 mét nước suốt 8 tháng. Khi rừng bị ngập, nước tràn vào khiến một số cây và bụi bị thối rữa, đưa chất hữu cơ vào nước. Những con cá đến sớm không sống được vì phản ứng đột ngột của chất hữu cơ làm giảm oxy của nước. Điều này được ghi nhận đã làm cá chết hàng loạt nhất là khi một cơn bão đẩy cá vào các vùng nông quá sớm trong mùa mưa. Tuy nhiên, dần dần sau vài tuần, hỗn hợp oxy cân bằng và khu rừng ngập trở nên phù hợp để sinh sống. Cá con và cá trưởng