면적 37만 1,000km2, 물 용량 7만 6,000km3, 최심점 980m, 길이 1,200km, 평균너비 300km, 호안선 길이 7,000km, 호면 높이는 계절과 해에 따라서 변하며 그 때마다 면적도 변한다. 고대에는 히르카눔해(海), 10세기 전후의 러시아에서는 프바린스코예 모레라고 하였다. 호수 중앙부의 서안에서 아프셰론반도, 동쪽에서 망기실라크반도가 돌출하여 호수의 형태는 S자 모양이다.
지질구조상으로는 호수의 북쪽은 러시아 탁상지, 남쪽은 제3기의 지향사에 속하며 그것들을 구조선이 종단해서 뻗어 물이 괸 것으로 보인다. 따라서 북쪽의 호분(湖盆)은 접시 모양으로 얕고, 남쪽은 갑자기 깊어진다.
물은 보통 해수의 반 정도의 염분(평균 14‰)을 포함하며 해수에 비하여 황산나트륨의 양이 많다. 함수호를 이루는 이유는 제3기 중기까지는 카스피 저지방의 전역이 고지중해(古地中海)에 잠기어 있었으나, 그 후 지중해에서 지각변동에 따라 분리되었기 때문이다.
수온은 남북에 따라 심한 차이가 있으며 겨울에는 북쪽에서 0℃ 이하, 남쪽에서 13℃를 나타내며 북쪽의 1/3은 결빙한다. 여름에는 수온이 비교적 같아 25∼30℃에 이른다.
카스피해의 큰 특징은 격심한 증발과 유입하천의 수량 부족에 따라 호면이 낮아지는 것이다. 19세기 말부터 약 50년 동안에 수위가 해면하 26m에서 28m로 낮아졌으며 아울러 호면의 면적도 감소하고 있다. 이 때문에 북쪽 호반은 염분이 말라붙은 나지(裸地)와 갈대가 무성한 습지 등의 면적이 확대되고 있으며 기후조건도 악화되고 있다. 호면의 저하에 대처해서 소련 정부와 과학 아카데미에서는 페초라강(江)의 유역 변경에 의해서 호수로 흘러드는 볼가강(江 유량은 전하천 유입량의 80%에 이른다) 물의 증수, 식림(植林), 북쪽 호분의 담수화계획 등을 세웠다. 1952년 볼가-돈운하가 완성됨으로써 카스피해는 흑해·지중해·발트해·백해와 연결되어 소련 경제 동맥의 일부로 편입되었다.
수상 교통으로는 바쿠의 석유·염류, 중앙아시아의 목화, 카프카스의 목재 등의 수송이 이루어진다. 수산자원으로는 워브라라는 바닷물고기류가 가장 풍부하고 그 밖에 철갑상어·청어 등이 많이 잡힌다. 연안에는 아제르바이잔의 수도 바쿠를 비롯하여 아스트라한·크라스노봇스크 등의 도시 외에 이란 쪽의 반다르에샤·반다르이팔레비·레슈트 등의 도시가 있다.