Спустя полвека после работ А. Бутакова комплексное исследование Аральского моря провел географ и ихтиолог Лев Семенович Берг. В 1900—1902 гг., работая без помощников, он обошел — сначала на лодке, а затем на парусной яхте — почти весь Арал и пересек озеро в нескольких направлениях. Берг описал морфологию побережья, выделив ровные (западные), лопастные (северные) и бухтовые (восточные) берега, охарактеризовал климат, гидрологию и течения, выполнил ряд промеров и в самых глубоких частях Арала обнаружил наличие сероводорода. Уточнив в нескольких местах карту А. Бутакова, Берг определил площадь моря с островами в 64,5 тыс. км², что полностью соответствует нынешним данным. В 1908 г. он опубликовал монографию «Аральское море», сохранившую научное значение до наших дней. В частности, Берг доказал ошибочность представлений о соединении Арала с Балхашом в четвертичный период, о связи Аральского и Каспийского морей в историческую эпоху, о временном исчезновении Арала в XIII-XV вв.

Карта Балхаша, выполненная Т. Нифантьевым, опиралась всего лишь на один астрономический пункт. И Туркестанский отдел Русского географического общества решил произвести новую съемку озера. Летом 1903 г. туда был направлен небольшой отряд, к которому присоединился Л. Берг. Военные топографы А.Н. Картыков и Л.Е. Иванов засняли всю береговую линию озера, а военный геодезист Петр Карлович Залесский произвел определения 31 астропункта. В результате удалось внести значительные исправления в положение и очертания озера; «в деталях старая карта оказалась совершенно неверной» — так Л. Берг охарактеризовал работу топографов. Как выяснил Л. Берг, дно водоема очень ровное, в западной (11 м) части вода пресная, в восточной (до 20 м — по Т. Нифантьеву) — солоноватая. Эта особенность позволила Бергу назвать Балхаш географическим парадоксом: ведь он расположен в зоне сухого климата и не имеет стока. Берг опроверг также представления об усыхании озера. Напротив, оно начало прибывать в конце XIX в.