延伸於亞、非、歐三大洲之間，世界上最大的陸間海。西端通過窄而淺的直佈羅陀海峽（最窄處僅13公裡，海檻深度為320米）與大西洋相通；東北部由愛琴海通過達達尼爾海峽、馬爾馬拉海和博斯普魯斯海峽與黑海相連；東南面通過蘇伊士運河出紅海可達印度洋。海域內主要的海有第勒尼安海、亞得裡亞海、伊奧尼亞海（愛奧尼亞海）和愛琴海。愛琴海中島嶼星羅棋佈。地中海東西延伸4000公裡左右。南北最寬處約1800公裡。面積為251.6萬平方公裡，平均深度為1494米，最大深度為55300米。
地質地形 地中海北岸岸線曲折，多海灣。南岸海岸平直，有不少低地，偶有海灣。陸架大多狹窄，平均寬度小於40公裡。有些地區也較寬，例如羅訥河口三角洲、加貝斯灣、尼羅河口三角洲以及埃佈羅河口三角洲的陸架寬度為65～270公裡；亞得裡亞海北部的淺水區域可達480公裡。陸坡陡峭，深海盆則常被海脊所分割。
西西裡島與突尼斯北端之間的一個水下海脊（海檻深度為366米），將地中海分為東、西兩部分。西部依次有3個海盆：直佈羅陀海峽以東是阿爾沃蘭海盆；往東至撒丁島和科西嘉島為阿爾及利亞海盆；再往東是第勒尼安海盆。東部主要有兩個海盆：意大利和希臘以南的愛奧尼亞海盆；克裡特島以東為黎凡特海盆。
海底沉積物分佈是：陸架淺海區，東部主要是鈣質泥和沙，西部多陸源物質或貝殼砂；陸架深水域主要是含少量沙粒的泥。深水區，東部主要是由於有機物氧化不充分產生的黑色腐泥，並散佈著少量矽藻；西部主要是灰色鈣質泥，亞得裡亞海區是灰色和藍色軟泥占優勢。
火山物質的分佈與火山位置密切相關，它們夾雜在非火山物質之中。此外，還有風化物質形成的黃土沉積，粗顆粒沉積，以及由於混濁流所帶來的細顆粒沉積。
海底擴張和板塊學說認為，地中海是特提斯海的殘存水域。特提斯海（又名古地中海）范圍最大時可呈扇形向東擴展，與古太平洋連成一片。從中生代開始，特提斯海北方的歐亞板塊與南方的非洲、阿拉伯、印度等板塊相向運動，使海域范圍逐漸縮小。現在的地中海是中生代到新生代中新世間，非洲板塊和歐亞板塊復雜的相對運動，碰撞（兩板塊上層陸地並未直接接觸，但在東地中海北部，非洲板塊下部已俯沖到歐亞板塊下面，使愛琴海和意大利南部多火山和地震）造成的。
氣候 地中海夏季受亞熱帶高壓控制，炎熱、幹燥；冬季則處於氣旋活動頻繁的西風帶之中，溫暖、潮濕。春季氣候多變，秋季時間較短。強風盛行是地中海突出的氣候特征。除突尼斯東部南岸外，氣流都在山脈之間的缺口處流入。通過阿爾卑斯山脈和比利牛斯山脈缺口的是幹冷、西北向的密斯脫拉風；通過的裡雅斯特缺口的是強大、東北向的佈拉風；通過直佈羅陀的有冷而強的、東向的累范太臘風和西向的文達瓦爾風；從非洲撒哈拉大沙漠吹來暖而多塵的、東南向的喀新風；東地中海東風穩定，而西北和北風幹燥；從非洲來的西羅科風熱而幹燥。
年降水總量區域性差別很大。北非沿岸，從突尼斯的加貝斯往東，年降水量很少超過250毫米；而在南斯拉夫的達爾馬提安（地區）沿岸則可高達2500毫米。
水文特征 在東西兩個海盆上表層海水均呈氣旋型環流。大西洋表層水，經直佈羅陀海峽表層流入後，主流從北非沿岸向東流動，並在突尼斯外海分為兩支：一支繼續向東，進入東地中海，形成一個大的氣旋型環流（見圖）。其中有部分水體，在西西裡海峽的表層以下流入西地中海。另一支在突尼斯外海折向西西裡島西北，沿第勒尼安海中部向西北方向運動，最後返回直佈羅陀海峽，在西地中海形成另一個大的氣旋型環流。其中有部分水體在直佈羅陀海峽表層下面流入大西洋。北部由於岸線曲折，島嶼眾多，產生瞭一系列小渦旋和局部性海流。
由於蒸發量遠大於降水量與徑流量之和，從而使地中海水位下降，鹽度增大，引起大西洋和黑海海水從表層流入，而地中海的深層水則從深處流出。從大西洋流入的表層水，位於125米以淺，平均流速約為100厘米/秒，平均流量約為1.75×106米3/秒，鹽度稍大於36.0。流入大西洋的地中海深層水，平均流量約為1.68×106米3/秒，平均流速約為100厘米/秒，鹽度大於37.0。
從馬爾馬拉海經達達尼爾海峽流入的海水，位於30米以淺的表層，平均流量約為1.26×104米3/秒，平均流速約為75厘米/秒，鹽度為30.0。這層以下，流入馬爾馬拉海的地中海水，平均流量為0.61×104米3/秒，平均流速約為35厘米/秒，鹽度大於38.0。
水團可分表層水、中層水和深層水。表層水的厚度為100～200米。西地中海表層水的下界，存在一個最低水溫層。而在東地中海，這一低溫層消失，呈現水溫緩減層。水溫最低層或緩減層的深度，即表示冬季垂直對流可達深度，那裡的溫鹽度與冬季表層水的溫鹽度相等。中層水，位於表層水以深至600米之間。主要特征是在300～400米層中，有一個最高鹽度值出現。西地中海內，幾乎在同一深度處還出現最高水溫層，東地中海內則呈現為第二個水溫緩減層。深層水，位於中層水以深，直至海底。又可分為兩部分，即600～1500米的中層水與深層水的過渡層，水溫和鹽度均隨深度增加而降低。另一層位於1500米以深，溫度隨深度增加而稍為增高，鹽度則比較均勻，在38.4～38.6之間。
表層平均水溫，東部高於西部，最高水溫出現在蘇爾特灣內的利比亞沿岸，8月份為31°C。其次是伊斯肯德侖灣，8月份為30°C。最低水溫出現在亞得裡亞海的極北端，2月份為5.2°C，隆冬季節，的裡雅斯特灣裡偶爾結冰。表層水溫年較差大於9°C。中層水和深層水水溫變化不大，通常在12.7～14.5°C之間。
表層平均鹽度約為38.0。亞得裡亞海僅35.0，愛琴海高達39.0。中層水和深層水的鹽度變化很小，通常為38.4～39.0之間。
表層水溶解氧含量很高，中層水的含量從東向西遞減，中層水和深層水的過渡層含量最低，深層水的含量又略升高。
潮汐為正規或不正規半日潮。大部分地區潮差不大，均在0.7米以下。最大潮差出現在突尼斯東岸，達1.7米。風增水現象明顯。科西嘉島的科斯角附近，有時水位可上升3.5米。海峽水域可觀測到較強潮流。
生物和資源 由於磷酸鹽和硝酸鹽不足，海底沉積物中有機物的含量很少，限制瞭海洋生物的生長。地中海初級生產力的最高量值出現在尼羅河河口的埃及近海（3～5月）；極低區域主要是在那不勒斯和多德卡尼斯群島近岸，以及加貝斯灣、埃及和利比亞交匯處沿岸等。
藻類比較豐富，僅希臘沿岸就有157種。魚類種類多達530種，但數量不大，沒有大量魚群集中的漁場。其他經濟生物還有海豚、龍蝦、牡蠣和螃蟹，以及墨魚、水母、珊瑚、海綿和海龜等。此外，地中海海水含鹽量高，夏季日照強烈，降水很少，所以沿岸還是曬鹽的良好場所。