欧洲东南部和亚洲小亚细亚半岛之间的陆间海，是世界上最大的内陆海，因水色深暗、多风暴而得名。黑海向西通过博斯普鲁斯海峡、马尔马拉海、达达尼尔海峡与地中海相通，向北经刻赤海峡与亚速海相连。黑海形似椭圆形。东西最长1,150公里，南北最宽611公里，中部最窄263公里，面积42.2万平方公里，海岸线长约3,400公里。平均水深1,315米，最大水深2,210米。北岸为乌克兰，东北岸为俄罗斯，格鲁吉亚在其东岸，土耳其在南岸，保加利亚、罗马尼亚在其西岸。 黑海经由其西南角的博斯普鲁斯海峡、马尔马拉海（Sea of Marmara）、达达尼尔海峡、爱琴海以及地中海与遥远的大西洋海域相通。克里米亚半岛从北面伸入黑海，东端狭窄的刻赤（Kerch）海峡通往面积较小的亚速海。黑海海面约461,000平方公里（178,000平方哩），最深处深于2,210米（7,250呎）。黑海海岸很少低地，大部分低地都在北岸。注入黑海的大河流有多瑙河、聂伯河、聂斯特河和顿河。原是古地中海（Tethys Sea）的残留海盆。如今的形状可能出现于5,800万年前。当时在古安纳托利亚（Anatolia）的地壳上升，使海盆地从地中海分裂开；新形成的黑海盆地逐渐与大洋分隔，其含盐量下降，又缓慢地和海地区分离。黑海海水含盐量几乎只有世界各大洋海水含盐量的一半。
黑海地区年降水量600～800毫米，同时汇集了欧洲一些较大河流的径流量，年平均入海水量达355亿立方米（其中多瑙河占60%），这些淡水量总和远多于海面蒸发量，淡化了表层海水的含盐量，使平均盐度只有12～22‰。表层盐度较小，在上下水层间形成密度飞跃层，严重阻止了上下水层的交换，深层海水严重缺氧。
经过厌氧细菌的作用，海水中的硫酸盐产生分解而形成硫化氢等，而硫化氢对鱼类有毒害。黑海也是地球上唯一的双层海。黑海上层的水面产大量鱘鱼、鲭鱼和鯷鱼。到20世纪后期，由多瑙河、聂伯河和其他注入黑海的河水中带来的工业和城市废物，使海水的污染层增加，海中的鱼类减少。
黑海是一个面积大并缺氧的海洋系统。
据观测，在220米以下水层中已无氧存在。在缺氧和有机质存在的情况下，经过特种细菌的作用，海水中的硫酸盐产生分解而形成硫化氢等，而硫化氢对鱼类有毒害，因而黑海除边缘浅海区和海水上层有一些海生动植物外，深海区和海底几乎是一个死寂的世界。同时硫化氢呈黑色，致使深层海水呈现黑色。黑海淡水的收入量大于海水的蒸发量，使黑海海面高于地中海海面，盐度较小的黑海海水便从海峡表层流向地中海，地中海中盐度较大海水从海峡下层流入黑海，由于海峡较浅，阻碍了流入黑海的水量，使流入黑海的水量小于从黑海流出的水量，维持着黑海水量的动态平衡。 一月份黑海中部平均气温8℃（46°F），西部2～3℃（36～37°F）；春季整个地区平均气温16℃（61°F），夏季升到24℃（75°F），西北部冬天绝对最低温达到-30℃（-22°F）。西北部冬天表层水温-0.5℃（31°F），中层6℃（43°F），底层9.1°C（48.4°F）；夏天表层水温26℃（79°F），中层7℃（45°F），底层仍为9.1℃（48.4°F）。
黑海冬季盛行偏北大风，凛冽的极地冷空气不断袭来，在黑海、尤其是西北部海区掀起汹涛巨浪，景象十分壮观，成为黑海的一大特景。强冷空气还沿某些山口、隘道急速下泻，风速可达 20～40米/秒，形成少有的强风，称布拉风。
黑海是世界最深的内海之一。黑海本身很深，黑海从河流和地中海流入的水含盐度比较小，因此比较轻，它们浮在含盐度高的海水上。这样深水和浅水之间得不到交流。两层水的交界处位于100到150米深处之间。两层水之间彻底交流一次需要上千年之久。海底的生物尸体腐化分解时消耗的氧气得不到补充。在这个严重缺氧的环境中只有厌氧微生物可以生存。它们的新陈代谢释放二氧化碳和有毒的硫化氢（H2S）。其他生物实际上只能生存在200米深度以上的水里。
黑海是古地中海的一个残留海盆，古新世末期小亚细亚发生隆起，黑海与地中海分开，逐渐形成内海。2500万年前，黑海还与地中海相连。随着地壳运动和冰期，黑海与地中海反复隔绝和连接，6000～8000年前的大冰期后形成相连。
