中國緯度最高的海灣。位於渤海北部，在長興島與秦皇島聯線以北。為地塹型凹陷。灣底地形自頂端及東西兩側向中央傾斜，東側深於西側，最大水深32米。全灣被第三紀以來的厚層沉積物覆蓋。灣頂與遼河下遊平原相連，水下地形平緩，構成小淩河口到西崴子350公裡淤泥質平原海岸。東西兩岸與千山、燕山、松嶺相鄰，水下地形較陡，形成基巖—砂礫質海岸。灣中央地勢平坦，沉積黑色微臭淤泥。灣西部從大淩河口、遼河口折向複州灣外，為長180公裡的古遼河河谷，穀底相對低5～7米，至水深25米處處逐漸消失，現今仍為遼河入海徑流及潮流輸送通道。灣水含鹽度多低於30‰。遼東灣是中國邊海水溫最低、冰情最重處，每年都有固體冰出現，受西北風影響，東岸又較西岸為重。春季融冰，成為低溫中心。遼東灣為半日潮，灣頂潮差達5米。灘塗寬廣，除捕撈水產品、種葦、曬鹽外，海水養殖和圍墾都有一定規模。較大港口有營口、秦皇島和葫蘆島等。