地中海曾被认为是以前环绕东半球的特提斯海的残留部分。知道它是在结构上较为年轻的盆地，其大陆棚相对较浅。最宽的大陆棚位于突尼斯东海岸加贝斯湾，长275千米。亚得里亚海海床的大部分亦为大陆棚。地中海海底是石灰、泥和沙构成的沉积物，以下为蓝泥，海岸一般陡峭多岩，成很深的锯齿状。隆河、波河和尼罗河构成了地中海中仅有的几个大三角洲。
大西洋表层水的不断注入是地中海海水的主要补充来源。其海水循环的最稳定组成部分为沿北非海岸经直布罗陀海峡注入的海流。整个地中海海盆构造活跃，常有地震发生。是世界上强地震带之一。这里水下地壳破碎、地震、火山频繁，世界着名的维苏威火山、埃特纳火山即分布在本区。
西西里岛与非洲大陆之间有一海岭将地中海分为东西两个部分。西地中海中有3个由海岭隔开的主要海盆。由西向东分别为：阿尔沃兰海盆、阿尔及利亚海盆和第勒尼安海盆。地中海东部为爱奥尼亚海盆（其西北为亚得里亚海）和勒旺海盆（其西北为爱琴海）。
地中海中的大岛屿有马略卡岛、科西嘉岛、萨丁尼亚岛、西西里岛、克里特岛、塞浦路斯岛和罗得岛。海域中的南欧三大半岛及西西里岛、撒丁岛、科西嘉岛等岛屿，将地中海分成若干个小海区：利古利亚海、第勒尼安海、亚得里亚海、伊奥尼亚海、爱琴海等。