Северная часть Каспия очень мелкая. Здесь на большом пространстве глубина не превышает и 10 м. В средней и особенно в южной частях моря (их разделяет отмель на широте Апшеронского полуострова) встречаются значительные глубины - до 1 км. Существенные различия имеются и в температурном режиме, более резко выраженные в зимний период. Если на севере морскую акваторию сковывает лед, который обычно держится с декабря по март, то на юге температура ниже +9° не опускается. Летом поверхностный слой воды прогревается до 24-27°. Соленость колеблется от 10-12‰ в средней и южной частях моря до 5‰ - в северной. В приустьевом пространстве Волги вода еще более опреснена.
Основное течение, как и в других морях, кольцевое, против часовой стрелки. Приливы и отливы ничтожны, но колебания уровня, вызванные сгонно-нагонными ветрами, достигают 1 м и выше. К тому же на протяжении столетий Каспий то отступал далеко от берега, то вновь наступал на сушу. Сейчас уровень Каспия почти на 30 м ниже уровня мирового океана. С 1887 по 1967 г. он обмелел на 3,5 м. В последующие два десятилетия падение уровня прекратилось, а ныне заметна тенденция к его повышению. Этот процесс после сооружения дамбы между Каспием и заливом Кара-Богаз-Гол должен ускориться.
Разнообразны ландшафтно-климатические условия прибрежных районов: от знойных пустынь Средней Азии до цветущих долин Закавказья.
Биологическая продуктивность Каспия, в частности его северной части, довольно высока. Здесь встречается около 80 видов рыб, среди которых много ценных: осетровые, лососевые, карповые, сельдевые. Камбала и кефалевые (сингиль и остронос) переселены человеком из Азовского моря. Обогащена и кормовая база за счет морского червя, креветки и других новых для Каспия видов.