В отличие от других морей уровень воды в Каспийском море часто меняется. Причиной тому является засушливый климат, вызывающий интенсивное испарение, тектоническое опускание в южной части моря, а также сооружение крупных водохранилищ на реках, впадающих в море, широкое использование речных вод, впадающих в Каспийское море, для орошения. Уровень Каспийского моря на 28 м. ниже уровня мирового океана.
В геологическом прошлом посредством северных морей и Кума-Манычской впадины существовала связь между Каспийским и Черным морями. В результате этого в Каспии до сих пор сохранились представители фауны Средиземного и Северного морей. Например, из класса рыб встречаются лосось и белуга, из млекопитающих — тюлени. Температура верхнего слоя морской воды изменяется с севера на юг. На севере температура воды зимой бывает ниже 1° С., а на побережье Азербайджана 5 — 8° C. Вот почему зимой северная часть моря покрывается льдом, и иногда отколовшиеся большие куски во время сильных штормов дрейфуют к портам Апшеронского полуострова, угрожая морским нефтепроводам.
Летом температура воды на морском побережье Азербайджана в среднем 24 -25° С. Каспийское море оказывает влияние на формирование климата восточной части республики, где зимой климат — умеренный, а летом — прохладный.
У Каспия своеобразный режим ветров. Среднегодовая скорость ветра изменяется от 2 до 5 м/сек. Ураганный ветер имеет направление с северо-востока на юго-запад. Под воздействием ветра в море образуются циркулирующие течения.