死海位于约旦-巴勒斯坦-以色列（560公里长）的最低部，是东非裂谷的北部延续部分。这一块下沉的地壳夹在两个平行的地质断层崖之间。从该湖看沿摩押高原边缘的东部断层崖比代表坡度较小的犹太隆皱特征的西部断层崖更为清晰。西岸为犹太山地，东岸为外约旦高原。约旦河从北注入。约旦河每年向死海注入5.4亿立方米水，另外还有4条不大但常年有水的河流从东面注入，由于夏季蒸发量大，冬季又有水注入，所以死海水位具有季节性变化，从30厘米至60厘米不等。死海位于沙漠中。降雨极少且不规则。利桑半岛年降雨量约为65毫米（2.5吋），塞多姆城（靠近历史上的所多玛城）只有50毫米（2吋）左右。由于该湖的海拔很低，有遮蔽物，冬季气候温暖宜人，1月南端塞多姆城平均温度17℃（63℉），北端14℃（58℉）；湖水无冰冻情形。夏季则非常炎热，8月塞多姆城平均温度34℃（93℉），最高纪录达51℃（124℉）。湖水蒸发——估计每年蒸发量平均约为1,400毫米（55吋）——往往在湖上形成浓雾。河上大气湿度从5月份的45%至10月份的62%不等。湖面和陆地常有微风，白昼湖上的风向四面八方吹去，到了夜间又反过来吹向湖中心。水源来自约旦河，冬季和春季水量较大，平均每年5.4亿立方米（190亿立方呎）。 4条不大但常年不断的河流从东部由约旦穿过深深的山峡直泻而下：欧宰姆河、札尔卡梅恩河、马吉卜河和哈萨河。来自许多其他河流的河水时而短时间地从邻近高地或阿拉伯谷地流入。含有硫磺的热泉水亦注入河中。由于夏季湖水蒸发，特别是冬季和春季又有河水流入，湖水水平出现季节性变化。
