Der Burgäschisee verdankt seine Existenz dem zurückweichenden Rhonegletscher. Vor 15'000 bis 20'000 Jahren formten diese Eismassen auch die Landschaft am Burgäschisee.
Sie hinterliessen Moränenhügel, Toteislöcher und in der Folge Seen. Bereits in der Steinzeit (ca. 4000 Jahre v.Chr.) war die damals noch weitgehend bewaldete Gegend besiedelt. Die natürliche Sukzession führte zur Verlandung der stehenden Gewässer und zur Bildung von Mooren. Der Burgäschisee ist ein Relikt dieses Prozesses. Das ursprünglich von grossflächigen Mooren dominierte Einzugsgebiet entwässerte noch anfangs des letzten Jahrhunderts durch viele Gräben und Bäche in den See. Schwingende Rasen reichten bis ans Ufer und auch der Seebach floss, gesäumt von Weiden und Erlen, in Windungen der Önz entgegen. Ein Mosaik von unterschiedlich alten Torfstichen bot Lebensraum für Pionierarten von Pflanzen und Tieren.
In seiner jüngsten Geschichte wurde der Seespiegel mehrmals abgesenkt, erstmals im 19. Jahrhundert. Bei der grossen Melioration in den 1940er-Jahren wurden Teile des Einzugsgebietes entwässert, in Kulturland umgewandelt und der Seespiegel um weitere 2 m abgesenkt. Gleichzeitig wurde der Seebach auf einer Strecke von mehr als 700 m Länge eingedolt und auf der restlichen Strecke kanalisiert. Die Eindolung des Seebachs, die Kanalisierung aller Zuflüsse und die Drainierung des mittlerweile landwirtschaftlich intensiv genutzten Einzugsgebietes haben in der Folge die Moorgebiete, die Uferzone und den See selber nachhaltig verändert.
Der Burgäschisee ist etwa 20 Hektaren gross und weist eine Tiefe von rund 30 Meter auf. Sein Ufer ist weitgehend unverbaut, er ist, bis auf das Ostufer, fast vollständig von Erlen- und Eschenwald umgeben, welcher früher regelmässig überschwemmt wurde. Dieser kleine Auenwald erweckt den Eindruck eines Urwäldchens. Dicht wachsende Traubenkirschen, mit rankenartigen Zweigen, umschlingen die schlanken Stämme der hochgewachsenen Erlen. Sie breiten ihr Grün über das herumliegende Totholz aus. Besonders für Käfer, Spinnen und andere Kleintiere bietet das viele Totholz in diesem Naturschutzgebiet einen idealen Lebensraum. In Rissen unter der abblätternden Rinde finden sie Nahrung und gute Verstecke. Der See zeichnet sich durch ausgedehnte Schilfgürtel mit entsprechender Wasservogel- und Libellenfauna aus. Die Schilfgebiete liegen hauptsächlich am Nord-, West- und Südufer. Der See lässt sich zu Fuss in ca. einer halben Stunde umrunden. An seinen Ufern haben nachweislich schon Pfahlbauer gesiedelt. Die entsprechenden Fundstellen gehören seit 2011 zum UNESCO-Weltkulturerbe.
Im Umland des Sees kann man leichte Verlandungstendenzen erkennen. Eine weitere Stufe ist im Chlepfibeerimoos, angrenzend an den Burgäschisee zu sehen. Dieses einzigartige Hochmoor im Kanton Solothurn hat keine offenen Wasserflächen mehr. Liesse man der natürlichen Entwicklung freien Lauf, entstünde hier über eine Phase der Verbuschung längerfristig ein Birkenbruchwald.
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