里海位于辽阔平坦的中亚西部和欧洲东南端，高加索山脉以东，制约着中亚巨大、平坦的土地。西面为高加索山脉，东北为哈萨克斯坦，东南为土库曼斯坦， 西南为阿塞拜疆，西北为俄罗斯，南岸在伊朗境内，是世界上最大的湖泊，也是世界上最大的咸水湖，属海迹湖。里海表面约低于海平面27米。靠近南面，最大深度为1025米。
里海经过伏尔加河-顿河运河可以到达亚速海、黑海、地中海和其他大洋，根据哈萨克斯坦和俄罗斯提出的‘欧亚运河’计划未来将启动，直接连接黑海和里海，为里海沿岸国家取得真正意义上的出海口和制衡里海水位。 里海的湖底深度不同，北浅南深，湖底自北向南倾斜， 北里海面积99404㎞²，是海中最浅部分，平均深度为4～6米，在与中里海的分界沿线最深达20米。海底由单调的波形沉积平原构成。中里海面积137918Km²（53,250平方哩），形成不规则盆地，西坡陡峭，东坡平缓。最浅部分－－深度达101-140米的大陆棚－－沿两岸延伸，最西面的坡由于水下塌方和峡谷而沟壑纵横。阿普歇伦暗滩为一沙洲和岛屿带，从水下古老的岩石上面升起，是向面积约149,106Km²的南里海
盆地过渡的标志。一系列水下山岭打破北部地形，但盆地底部其他地方为一坦荡的平原，而里海最深处则在此。 里海的南面和西南面被厄尔布尔士山脉和高加索山脉所环抱，其他几面是低平的平原和低地。海区划分里海有曼格什拉克、哈萨克、土库曼、克拉斯诺沃茨克等海湾。里海的水面低于外洋海面28米，湖水平均深度约180米。里海的湖底深度不同，北浅南深，湖底自北向南倾斜，大体上可以分为三部分：北部一般深4～6米；中部水深170～790米；南部最深，最大深度可达1025米。里海有岛屿约50个，面积约350㎞²。
里海整个海域狭长，南北长约1200公里，东西平均宽度320公里。面积约38.64万Km²，相当全世界湖泊总面积（270万Km²）的14%，比著名的北美五大湖面积总和（24.5万Km²）还大出51%。湖水总容积为7.6万Km³。里海湖岸线长7000公里。有130多条河注入里海，其中伏尔加河、乌拉尔河和捷列克河从北面注入里海，3 条河的水量占全部注入水量的88%。里海中的岛屿多达50个，但大部分都很小。海盆大体上为北、中、南三个部分。
最浅的为北部平坦的沉积平原，平均深度4-6米。中部是不规则的海盆，西坡陡峻，东坡平缓，水深约170-788米。南部凹陷，最深处达1024米，整个里海平均水深184米，湖水蓄积量达7.6万Km³。海面年蒸发量达1000毫米。数百年间，里海的面积和深度曾多次发生变化。里海为沿岸各国提供了优越的水运条件，沿岸有许多港口，有些港口与铁路相连系，火车可以直接开到船上轮渡到对岸。里海在这一地区交通运输网中以及在石油和天然气的生产中也具有重大意义；其优良的海滨沙滩日益被用作疗养和娱乐场所。
虽然里海是界上最大的咸水湖，但是它是古老地中海的一部分，曾与地中海连接，湖中也有多种海洋生物。 里海北部位于温带大陆性气候带，而整个里海中部(及南部大部海区)则位于温热带。西南部受副热带气候影响，东海岸以沙漠气候为主，从而造成多变的气候。大气环流冬季以寒冷、明净的亚洲反气旋为主，而在夏季亚速尔群岛高压分支和南亚低压中心发生影响。狂烈的风暴与北风和东南风有关。
湖区纵跨几个不同的气候区。北里海虽属大陆性气候，但变化不剧烈；中里海西部气候温和，而东部则为干燥的沙漠气候；南里海属夏季干燥的亚热带气候。冬季里海的天气不稳定，气温变化较大。平均气温，北部为-8～-10℃，南部为8～10℃。风向多变，而以东和东北风占优势。风力为5.5～10.7米/秒，中部有时可达20.8～28.4米/秒。夏季，海上受高压控制，常有微弱海风向内陆吹，天气十分稳定。气温变化不大，7～8月间平均气温为24～26℃（75～79 ℉），最热月平均温度为28～29℃，在太阳炙烤的东海岸极端最高气温可达44℃。海上平均年降水量为200～1700毫米，分布不均，东海岸少，西南海岸多。大多降于冬季和春季。海面蒸发量很高，年蒸发量一般为1000毫米，南里海的东部和阿普舍伦半岛达1400毫米。
结冰影响里海北部，通常至1月份完全封冻，在很冷的年代，沿西海岸漂浮的冰可南达阿普歇伦半岛地区。 里海共有130条入海河流，每年入海径流量为300Km³以上。其中伏尔加河入海径流量为256Km³，占里海总径流量的85%。入海径流量有较大的季节变化和年际变化，直接影响着盐度和水位的变化。海水中氯化物的含量较低，而硫酸盐和碳酸盐的含量较高。海水的盐度约比大洋水的标准盐度低2\3。中部和南部，一般为12.0～13.0，伏尔加河三角洲以外,盐度仅0.2。盐度的季节变幅常在0.17～0.21之间。12月至翌年4月，北里海常有结冰现象，冰厚一般为0.5～0.6米，最厚为1米。在强劲北风作用下,流冰可向南漂移到阿普舍伦半岛附近。里海水域辽阔，烟波浩淼，一望无垠，经常出现狂风恶浪，犹如大海翻滚的波涛。
以水文特点为依据，通常将整个里海可分为北、中、南三部分，其间被许多岛屿和浅滩隔开。北里海，岸坡平缓，水深很浅，仅4～8米，最深也只25米；海底为波痕状沉积平原，水量只占总水量的1%。中里海，依大高加索山脉的岸线多陡坡，东岸濒临曼格什拉克高原，较为险峻。底部，东为陆架，西为杰尔宾特海盆，深达790米；水量约占里海的1\3。南里海，海岸低平，东西陆架较宽,往西为洼地，是里海最深的地方，水量较大，约占全里海的2\3。海底沉积物，北里海多含贝壳的砂；中里海洼地多泥和砂质泥，东西两岸近海则多贝壳、砾石砂和粘泥;南里海深水区为泥和含有薄层硫化铁的粘泥,东西两岸边缘区为砂、灰质泥、贝壳和砾石。 夏季，水面平均温度为24～26℃（75～79 ℉），南部水温稍暖。然而，冬季温差大，北部为3～7℃（37～45 ℉），南部为8～10℃（46～50 ℉）。东部沿岸地区深水上涌－－盛行风活动的结果－－也可导致夏季温度明显降低。
水温分布随季节和地区而不同。冬季，表层水温南北差异较大，2月北里海仅0.1～0.5℃，南里海可达8～10℃。夏季，温差较小，一般为24～27℃。水温的垂直分布也随季节而变化。冬季，北里海和中里海，水温几无变化,南里海在50～100米深处有温跃层。夏季，中部的30～50米深处和南部海区，上下层温差较大。 里海的水位，7月最高，2月最低，北部水位高低之差为2～3米，中部和南部仅有20～50厘米，最大也不超过1.5米。里海的水温，夏季南北水域基本相同，为26℃左右。冬季北部水温0℃以下。南部的平均温度为8～10℃，北部浅水区每年冰期2～3个月。里海的风增减水十分显著，伏尔加河三角洲海域，有时风减水达4～5米，风增水也可达2米。
里海位于荒漠和半荒漠环境之中，气候干旱，水分蒸发非常强烈。据统计，里海每年的进水总量为338.2㎞³，而每年的耗水量则为361.3㎞³，进得少，出得多，出现了入不敷出的“赤字”，湖水水面必然会逐步下降。1930年湖的面积为42.2万平方公里，到1970年已经缩小到37.1万平方公里了。
水位的长周期和超长周期的显著变化是里海最引人瞩目的现象。里海研究较吸引人的方面为依据考古、地理和历史方面的证据再现许多世纪中的长期水位变动。研究证实，里海水位变动幅度似乎从西元前1世纪以来至少达到7米。这些长期变动的主要原因是决定水的补给（河流注入与降水）和损失（蒸发与流往卡拉博加兹戈尔湾）之间平衡的气候条件。7～11世纪间,出现较低水位。里海19世纪初期的水位要比4000～6000年前的水位低22米。1930～1957年间，由于伏尔加河上建水库，工农业过量用水，气候干燥等影响，致使水位又下降。自20世纪70年代初以来,里海水位保持在-28.5米左右。在90年代初，里海海面低于海平面27米。水位季节变化大，春夏高而冬季低，年变幅可达33厘米。
水位下降是由于气候变化减少河流注入而增加了蒸发－－窝瓦河上建设水库加重了这一情况－－也由于灌溉和工业对河水的消耗。水位上升则与导致窝瓦河注入量增加的气候因素有关，该河若干年来的注入量一直大大高于平均值。海面降水增加和蒸发减少也促成这一现象。 海流基本沿西海岸从北向南运动，在远南发展为复杂模式，形成数股支流。海流在与强风相合之处可以加速，海面往往波涛汹涌。在阿普歇伦半岛附近，风暴掀起的最大波浪高过9米。
海流主要为气旋性环流，各个海域又可形成若干局部性环流。北里海，伏尔加河径流入海后分成两支：主要的一支沿西岸向南流；另一支沿北岸向东流，在东北部形成一个小型的反气旋型环流。流速随风而异，一般为10～15厘米/秒，有强劲偏北风时，西部流速达30～40厘米/秒，最大可达100厘米/秒。中里海被一个大型的气旋型环流所控制。南里海的西北和东南部，各有一个气旋型环流。因而，使里海西部形成一支自北向南的沿岸流，平均流速为25～35厘米/秒，而东部则出现自南向北的沿岸流，平均流速约为10～15厘米/秒。 里海位于欧亚大陆之间，南岸属于伊朗，东、北岸属于哈萨克斯坦、西岸属于俄罗斯。在其西岸有个古老的卡斯比（Caspii）部落，故称共为卡斯比海（Caspii Sea）。由于它僻处内陆，不与大洋相连，故在汉语中称其为里海，就像杭州西湖中的里西湖一样，是根据其地理特征而得名的。里海是世界上最大的咸水湖，它长约1200公里，宽平均为320公里，有伏尔加河、乌拉尔河等大小130多条河的河水流入。
里海因地处欧亚大陆的干燥地带，水的蒸发激烈，海面不断下降，面积不断缩小。据历史记载，1929年时里海的面积为42.2万Km²；1970年缩小到37.1万Km²，水位低于大洋平面28.5米，这应该是正常的现象。
但令人惊奇的是，里海的水位是不稳定的，它好像有周期性涨落的奇妙现象。自1830年以来，大约在一个世纪内，里海的水位呈上升趋势；但进入1930年以来，里海的水位又开始下降。为此，前苏联为使里海水位不再下降，曾于70年代末计划将西伯利亚的河水引入里海。
这个“河水逆流计划”受到一些学者的反对，认为这样做会弄乱西伯利亚和中亚的生态系统，结果计划没有实现。但过了20年之后的今天，里海水位不仅没有下降，反而莫名其妙地上升了，而且如何处理因水位上升造成的灾难却成为当务之急。
第二次世界大战后，在里海水位下降时期，其沿海的经济有了很大的发展。例如，巴库的油田开采，斯姆卡托的石油精炼加工，舍甫琴柯包括铀矿开采在内的原子能电站等，都因里海的水位上升而受到影响。
1940年至1976年，是里海水位大幅度下降时期，但到了1978年又开始上升。据1994年11月29日俄罗斯《消息报》称，里海的水位比1929年时高出了2米多，造成里海西北部的阿斯特拉罕州土地被减少10%。
阿斯特拉罕州人口大约有100万，其中有90%的居民居住在里海沿岸和伏尔加河三角洲地带。过去里海水位每年仅上升15厘米左右，而在1994年却超过了40厘米，而且事态越来越严重，使该州的许多人成了“水上生活者”，过着《鲁滨孙飘流记》般的生活。
里海水位上升，受影响最大的是东、西、北的俄罗斯地区，当然南岸的伊朗也受到一定的牵连。如位于里海南岸的伊朗拉什特，那儿原是鱼子酱的生产基地，由于里海水位上升而被淹没，成了威尼斯式的城市。
那么里海的水位为何上升呢？
据阿斯特拉罕市水文水利研究所所长玛丽娅·米罗耶德娃女士说，里海水位变化的主要原因是气象条件的变化或地壳构造的变动；海陆和大气的相互作用等，但还未作出明确的结论。
里海水位上升至今仍是一个谜。
