Chất lượng nước của hồ chứa thủy điện Sơn La được chia thành 3 giai đoạn biến đổi sau đây:
• Giai đoạn mới hình thành hồ chứa
Trong giai đoạn mới tích nước, hệ sinh thái được chuyển từ hệ sinh thái sông (dòng chảy) sang hệ sinh thái hồ (dòng nước tĩnh). Trong lòng hồ chứa là một khối lượng rất lớn thảm thực vật thân thấp, cành, lá, gốc cây và đất bị ngập nước… Đặc
điểm hồ chứa trong giai đoạn này là nước có độ đục cao, hàm lượng các chất rắn lơ
lửng, CO2, giá trị các thông số BOD, COD lớn nhưng hàm lượng DO nhỏ. Hệ sinh thái thủy sinh ở giai đoạn này mới hình thành hồ thường nghèo nàn, có tính chuyển biến nhiều về thành phần và số lượng loài. Thời gian giai đoạn này kéo dài khoảng 5 năm tùy thuộc vào đặc tính thổ nhưỡng, thủy văn và hệ sinh thái rừng.
• Giai đoạn hồ chứa ổn định
Trong giai đoạn này, chất lượng nước hồ ít có sự biến đổi sâu sắc, hầu hết lượng thực vật bị ngập nước ở đây đã bị phân hủy (chỉ có các nguồn bổ sung như
thực vật vùng bán ngập hay lan truyền theo dòng chảy). Quá trình phân hủy các chất trong hồ được phân tầng khá rõ rệt ở lớp nước mặt và lớp nước giữa do quá trình hoạt động hiếu khí có sự tham gia của vi sinh, tảo, động vật. Hệ sinh thái trong hồ
thời kì này khá phong phú và đa dạng (thực vật bậc thấp, thực vật bậc cao, sinh vật phù du, động vật đáy). Trong vùng hồ đã xuất hiện những vùng nước nông phẳng tạo điều kiện thuận lợi cho việc sinh sản của các loài cá. Đặc tính quan trọng của hệ
sinh thái trong giai đoạn này là:
- Lớp nước mặt có nhóm thực vật quang hợp chiếm vai trò chủ yếu (cả loài thực vật bậc thấp và thực vật bậc cao).
- Lớp nước giữa có các loài động vật ăn thực vật, ăn động vật, động thực vật phù du. Các loài thực vật cần quang hợp phát triển kém.
- Lớp nước đáy có hệ sinh thái chủ yếu là loài động thực vật đáy không cần nhiều tới lượng oxy hòa tan trong nước.
• Giai đoạn suy thoái của hồ chứa và hệ sinh thái
diện tích mặt hồ bị thu hẹp, dung tích chứa giảm. Trong giai đoạn này, nhóm động thực vật nhạy cảm với lượng oxy hoàn tan và ánh sáng sẽ bị suy thoái đầu tiên dẫn
đến tình trạng diệt vong của một số loài. Ngoài ra, một số loài thủy sinh khác có đời sống liên quan đến các loài diệt vong sẽ không còn môi trường sống thuận lợi, kém phát triển. Thời gian dẫn đến giai đoạn này phụ thuộc vào nhiều yếu tố song quan trọng hơn cả là hiện tượng ô nhiễm nguồn nước đầu nguồn, trong lưu vực và sự tàn phá rừng phòng hộ đầu nguồn. Diễn biến của hiện tượng xói mòn, tình trạng sử
dụng các hóa chất độc hại, chất thải sinh hoạt làm nhiễm bẩn nguồn nước là nguyên nhân dẫn đến hệ quả trên đây.