海域内的主体构造走向为北北东，由大致平行相间排列的隆起带与拗陷带（盆地）组成。胶辽隆起带和南黄海——苏北、苏中拗陷带构成了黄海的海底构造骨架，其东南缘经浙闽隆起带延伸入东海。海底以北到南有丘岭，谷地，隆起和拗陷，第四纪以来冰期、间冰期更迭交替、海面频繁升降，使大陆架多次成陆，又多次受到海侵。最后一次海侵是在距今2～1.5万年间开始的。距今6000年左右，海面才上升到接近我们看到的位置。

从整体来看，黄海海流微弱，流速通常只有最大潮流速度的十分之一左右。表层流受风力制约，具有风海流性质。在盛行偏北风季节，多偏南流；在盛行偏南风季节，多偏北流。黄海环流主要由黄海暖流（及其余脉）和黄海沿岸流所组成。黄海暖流是对马暖流在济州岛西南方伸入黄海的一个分支（有人称为“对马暖流西分支”），它大致沿黄海槽向北流动，平均流速约10厘米/秒（在源地也不超过25厘米/秒）。

它是黄海外海水的主要来源，具有高盐（冬季兼有高温）特征，但在北上途中逐渐变性。当它进入黄海北部时已成为余脉，再向西转折，经老铁山水道进入渤海时，势力已相当微弱。

黄海沿岸流是黄海沿岸流系（包括西朝鲜沿岸流、辽南沿岸流、苏北近岸局部性沿岸流等）中的一支，是低盐（冬季兼低温）水流，水色混浊，流速小于25厘米/秒。它上接渤海沿岸流，沿山东半岛北岸东流，在成山角附近转向南或西南流，绕过成山角后大致沿40～50米等深线的走向南下，在长江口北（约北纬32°～33°附近）转向东南，越过长江浅滩侵入东海，其前锋有时可达北纬30°附近。

这支沿岸流在山东半岛北岸一带流幅较宽，夏季最宽时可达50余公里。在成山角一带，流幅变窄，流速增大，越过成山角后流速剧减，而自海州湾往南，流速又渐增，至北纬34°附近，增至25厘米/秒左右。黄海沿岸流流速最大区在山东半岛北岸、成山角外和大沙渔场附近。

黄海暖流和黄海沿岸流的基本流向终年比较稳定，流速皆有夏弱冬强的变化。黄海暖流及其余脉北上，而黄海沿岸流南下，形成气旋式的流动。夏季，特别是在北黄海，此气旋式的流动因黄海冷水团密度环流的出现而趋于封闭。与此同时，黄海环流的流速也得到加强。

沿岸水团、黄海中央水团和南黄海高盐水团是黄海最基本的3类水团。黄海沿岸水系指黄海沿岸约20～30米等深线以内的海域，入海江河淡水与海水混合，形成的辽南沿岸水、鲁北沿岸水、苏北沿岸水和西朝鲜沿岸水。这些沿岸水的共同特征是：盐度终年较低（大多数低于32.0‰）、海水混浊，透明度小，温、盐度的季节变化大，水团的水平范围夏大而冬小，但厚度是夏浅而冬深。

黄海中央水团分布在黄海中央水下洼地区域，其南端可进入东海。它是由进入大陆架浅海的外海水与沿岸水混合后，在当地水文气象条件的影响下形成的混合水团。冬半年（11月至翌年3月），水团呈垂直均匀状态，温度约为3～10℃，盐度约为32.0～34.0‰。夏半年（4～10月），由于增温降盐作用，黄海中央水团明显地分为上、下两层。上层为高温（25～28℃）、低盐（31.0～32.0‰）水，厚度约为15～35米；下层为低温（6～12℃）、高盐（31.6～33.0‰）水，称为“黄海底层冷水”（习惯上称为“黄海冷水团”）。两者之间出现明显的跃层。

黄海冷水团是一个温差大、盐差小，而以低温为其主要特征的水体。这一冷水实际上是冬季时残留在海底洼地中的黄海中央水团。它在增温季节，相对于变性剧烈的上层水和周围的沿岸水，才显现为冷水。12月至翌年3月为冷水团温盐特性的更新形成期；4～6月为冷水团的成长期；7～8月为强盛期；9～11月为冷水团向冬季更新过渡的消衰期。黄海冷水团以成山角至长山串连线为界，被分成南、北两个部分，南黄海冷水团与北黄海冷水团相比，温盐度均略高。相应地黄海冷水团有南、北两个冷中心。北黄海冷水团中心位置较稳定，约位于北黄海中部偏西，水深大于50米范围内，最低温度值变化范围为4.6～9.3℃。南黄海冷中心位置变化较大，大致位于北纬35°30′～36°45′、东经124°以西区域；最低温度值变化范围为6.0～9.0℃。黄海冷水团所盘踞的区域，特别是其边缘部分，夏季形成气旋式密度环流。环流速度自冷中心向外逐渐增大，最大值约为20～30厘米/秒，出现在冷水团的外缘等温线密集之处。

南黄海高盐水，也称黄海暖流水，位于黄海东南部，是伸入黄海的对马暖流高盐水与黄海中央水团混合形成的。冬季，呈现为高温高盐特征。夏季，由于层化和上层中央水的扩展，上层消失，下层仍然位于黄海的东南部，保持着冬季的特征。

黄海的温度和盐度地区差异显著，季节变化和日变化较大，具有明显的陆缘海特性。由南向北，由海区中央向近岸，温度和盐度都几乎均匀地降低。海区东南部，表层年平均温度为17℃，盐度通常大于32.0；北部鸭绿江口，表层年平均温度小于12℃，盐度一般小于28.0‰，为全海区盐度最低的区域。冬季，随着黄海暖流势力加强，高温高盐水舌一直伸入黄海北部，温度和盐度水平梯度较大，近岸区域温度和盐度较低（温度0～5℃，盐度31.0～33.0‰），中部较高（温度4～10℃，盐度32.0～34.0‰），济州岛附近最高（温度10～15℃，盐度>34.0‰）。温度和盐度的垂直分布从上到下均匀一致。夏季，上层水的温度升至最高，全区盐度普遍降低。

表层水温南部略高于北部；近岸区域，如济州岛木浦、仁川、成山角和江苏北部沿岸多出现孤立的弱低温区（23～26℃）。表层盐度，中部约为31.0‰，鸭绿江口和长江口外形成低盐（盐度值分别为

黄海是中国近海温跃层最强而盐跃层最弱的区域。温跃层主要是由于海面增温和风混合造成的季节性跃层（也称“第一类跃层”），有时也出现“双跃层”现象。而盐跃层主要是由两种温盐性质不同的水团叠置形成的，即“第二类跃层”。黄海的温跃层，4～5月开始普遍出现，跃层深度多在 5～15米之间，厚度大部分小于15米；6月以后，它的强度和范围逐步增大，至7～8月，达到最强，系统明显，深度最浅（一般小于10米），厚度最小；9月以后开始衰退，到11月则基本上消失。跃层持续时间达8个月。强温跃层区位于北黄海中部和青岛外海，最强盛时中心区域最大强度每米分别为1.28℃和1.80℃。强盐跃层区出现在长江冲淡水区和鸭绿江口外，中心值盐度每米为0.5左右。

自南部进入黄海的半日潮波与山东半岛南岸和黄海北部大陆反射回来的潮波互相干涉，在地转偏向力的影响下，形成了两个逆时针向旋转的潮波系统。无潮点分别位于成山角以东和海州湾外。黄海大部分区域为规则半日潮，只有成山角以东至朝鲜大青岛一带和海州湾以东一片海区，为不规则半日潮。潮差东部大于西部。东部（朝鲜半岛西岸）潮差一般为4～8米，仁川港附近最大可能潮差达10米，是世界闻名的大潮差区之一。西部（中国大陆沿岸）潮差一般为2～4米，成山角附近，潮差尚不到2米，为黄海潮差最小的区域。但江苏沿海，弶港至小洋口一带海域，潮差较大，平均潮差可达3.9米以上；最大可能潮差，在小洋口近海达6.7米，长沙港北为8.4米。

潮流，除烟台近海和渤海海峡等处为不规则半日潮流外，其他区域为规则半日潮流。流速东部大于西部。强潮流区位于朝鲜半岛西端的一些水道，曾观测到最大流速为4.8米/秒；其次为西北部的老铁山水道，最大流速达2.5米/秒以上。吕泗、小洋口及斗龙港以南水域，潮流亦较强，最大可能潮流流速可达2.6米/秒以上。

北部一般以风浪为主，南部则多见涌浪。从9月至翌年4月，北部多西北浪或北浪，南部以北浪为主。6～8月，北部多东南浪或南浪，南部以南浪为主。风浪秋冬两季最大，浪高常有2.0～6.0米；当强大寒潮过境时、浪高有时达3.5～8.5米。春、夏季风浪稍小，一般为0.4～1.2米。如有台风过境，浪高则可达6.1～8.5米。夏季台风来临时在南黄海西部沿岸曾观测到 8.5米的波高。大浪区出现在成山角和济州岛附近海区。黄海的涌浪，夏、秋季大于冬季，浪高一般多为0.1～1.2米，受台风侵袭时，可出现2.0～6.0米的涌浪。

受季风影响，黄海冬季寒冷而干燥，夏季温暖潮湿。10月至翌年3月，盛行偏北风，北部多为西北风，平均风速为6～7米/秒；南部多北风，平均风速为8～9米/秒。 常有冷空气或寒潮入侵、强冷空气能使黄海沿岸气温下降10～15℃。4月为季风交替季节，风向不稳定。5月，偏南季风开始出现。6～8月，盛行南到东南风，平均风速5～6米/秒。常受来自东海北上的台风侵袭，大风主要随台风而产生。黄海海区6级（10.8～13.8米/秒）以上的大风，四季都有出现，但以冬季强度大，春季次数多。大风区多位于渤海海峡至山东半岛顶端成山角一带、千里岩和济州岛等附近海域。

黄海平均气温1月最低，为-2～6℃，南北温差达8℃；8月最高，平均气温全海区25～27℃。年平均降水量南部约1000毫米，北部为500毫米；6～8月为雨季，降水量可占全年的一半。冬、春季和夏初，沿岸多海雾，尤以7月最多。

黄海西部成山角至小麦岛，北部大鹿岛到大连，东部从鸭绿江口、江华湾到济州岛附近沿岸海域为多雾区。其中成山角年均雾日为83天，最多一年达96天，最长连续雾日有长达27天的记录，有“雾窟”之称。

黄海的生物区系属于北太平洋区东亚亚区，为暖温带性，其中以温带种占优势，但也有一定数量的暖水种成分。海洋游泳动物中鱼类占主要地位，共约 300种。主要经济鱼类有小黄鱼、带鱼、鲐鱼、鲅鱼、黄姑鱼、鳓鱼、太平洋鲱鱼、鲳鱼、鳕鱼等。此外，还有金乌贼、枪乌贼等头足类和鲸类中的小鳁鲸、长须鲸和虎鲸。浮游生物，以温带种占优势。其数量一年内出现春、秋两次高峰。海区东南部，夏、秋两季有热带种渗入，带有北太平洋暖温带区系和印度——西太平洋热带区系的双重性质。热带种是外来的，并具有显著的季节变化，基本上仍以暖温带浮游生物为主，多为广温性低盐种，种数由北向南逐渐增多。最主要的浮游生物资源是中国毛虾、太平洋磷虾和海蜇等。在黄海沿岸浅水区，底栖动物在数量上占优势的主要是广温性低盐种，基本上属于印度——西太平洋区系的暖水性成分。但在黄海冷水团所处的深水区域，则为以北方真蛇尾为代表的北温带冷水种群落所盘踞。因此，从整个海区来看，底栖动物区系具有较明显的暖温带特点。底栖动物资源十分丰富，可供食用的种类，最重要的是软体动物和甲壳类。经济贝类资源主要有牡蛎、贻贝、蚶、蛤、扇贝和鲍鱼等。经济虾、蟹资源有对虾（中国对虾）、鹰爪虾、新对虾、褐虾和三疣梭子蟹。棘皮动物刺参的产量也较大。黄海的底栖植物可划分为东、西两部分，也以暖温带种为主。西部冬、春季出现个别亚寒带优势种；夏、秋季还出现一些热带性优势种。底栖植物资源主要是海带、紫菜和石花菜等。

黄海生物种类多，数量也大。形成烟威、石岛、海州湾、连青石、吕泗和大沙等良好的渔场。

南黄海盆地有巨厚的中、新生代沉积，具有很好的油气资源远景。其他矿产资源主要有滨海砂矿，现已进行开采。山东半岛近岸区还发现有丰富的金刚石矿床。

2023年9月16日中午12时，北纬35度至26度30分之间的黄海和东海海域结束四个半月伏季休渔期，渔民出海开捕。与此同时，2023年全国海洋伏季休渔全面结束。