Établi sur un plateau sablonneux, le bois ne comportait à l’origine aucun réseau hydraulique, hormis le lac de Saint-Mandé, comblé au XVIIIe siècle et dégagé lors des travaux d’aménagement du bois. Les lacs et les ruisseaux sont artificiels, creusés sous la direction d'Alphand  lors de la création du bois. Leur fond est cimenté afin d’en assurer l’étanchéité (initialement, il était enduit de marne).

Le lac de Gravelle est situé sur le point le plus élevé du plateau et irrigue les trois autres lacs.

Il est alimenté par la Seine à travers l’eau non potable de l'usine de pompage d'Austerlitz. À l'origine, il pompait les eaux de la Marne , 35 mètres en contrebas, grâce à une station de pompage entrainée par le fleuve. Le lac de Saint-Mandé était initialement séparé du réseau et alimenté par le ru de Montreuil-sous-Bois, ruisseau descendant du plateau de Montreuil. Il ne tarda pas à dégager une odeur pestilentielle, soulevant les protestations des habitants ; Alphand le relia finalement au réseau du lac de Gravelle