По своето разположение на прехода между Европа и Азия, черно море е типично вътрешноконтинетално море. Простира се между младите гънки на Стара планина и Кавказ.[3] На север се опира до Руската плоча, а на юг до Понтийските планини. Чрез протоците Босфора и Дарданелите Черно море има водообменна връзка с по-топлите и по-солени Мраморно и Егейско море. На север чрез креченския проток то осъществява водообмен с по-плиткото и студено Азовско море.
Площта на Черно море е 436 402 km2. Максималната му дълбочина е 2245 m, установена южно от Кримския полуостров,[3] а средната – 1253 m. Най-голямата дължина е между градовете Бургас и Кобулети – 1167 km, а най-голямата ширина – между Березанския лиман и нос Гиресун – 624 km. В най-тясната част между нос Сарич (полуостров Крим) и нос Керемне (полуостров Синоп) ширината е 263 km. Черно море има вместимост от около 537 хил. km3 вода.
Поради обилния приток на речни води, морската вода на Черно море е по-слабо солена (17,3‰), отколкото в Средиземно море и в Световния океан, които имат соленост около 36‰. Чистите води в открито море имат син до зеленикаво-син цвят, а край бреговете, поради наличието на наноси – най-често зелен цвят. Прозрачността на водата в открито море достига 30 m, а край бреговете е 1 – 2 m. През летните месеци морската вода по крайбрежието се затопля до 24 – 28 °С.
Поради малките му размери, в Черно море се образуват незначителни приливи и отливи (3 – 8 cm). При буря ветровете предизвикват значително по-големи колебания на морското равнище (10 – 20 cm). Основното морско течение в западната част на Черно море е в посока, обратна на движението на часовниковата стрелка. По българското крайбрежие то е от север на юг.
Бреговете на Черно море са слабо разчленени. Разкъсаността е най-силно изразена е в северните части на крайбрежието. Единственият голям полуостров е Кримският. Най-големите заливи по северното крайбрежие са Ягорлицки, Тендровски, Джарългачки, Каркинитски, Каламитски и Феодосийския. На запад водите му се вдават във Варненски и Бургаски залив, а на юг – в Синопския и Самсунския залив. Районът на северозападното му крайбрежие е осеян от множество лимани, които се образуват от непрякото вливане на реките от водосборния басейн. Общата дължина на бреговата линия е около 3400 km.
Някои от крайбрежните участъци имат собствени наименования. Такива са Южно кримско крайбрежие в Украйна, Черноморско кавказко крайбрежие в Русия, Румелийски бряг и Анатолийски бряг в Турция, а българската ивица е известна като Българско Черноморие. На запад, северозапад и части от Крим бреговете са ниски, а в южните части на Крим, района на Кавказ и Понтийските планини бреговете са стръмни, а шелфовата част на морето е доста ограничена.
Островите в Черно море са също малко на брой. Най-големият от тях е Джарългач, с площ от 62 km2. България има 16 черноморски острова, от които 7 с площ над 5 дка – Свети Иван, Свети Кирик, Света Анастасия, Свети Петър, Змийски остров, Птичи остров и Амбелиц.
В Черно море се вливат три големи европейски реки – Дунав, Днепър и Днестър, както и индиректният приток Дон, вливащ се в Азовско море, и по-малките Мзимта, Псоу, Бзъб, Риони, Кодор, Енгури (от изток), Чорох, Къзълърмак, Йешилърмак, Сакария (от юг), Южен Буг (от север), Камчия, Ропотамо и Велека (от запад). Водосборният басейн на Черно море е с площ над 2 млн. km2 и обхваща голяма част от Централна и Източна Европа и Мала Азия, като покрива изцяло или частично територията на 24 държави. В него живеят около 180 млн. души, половината от тях – в басейна на река Дунав.