Mit einer durchschnittlichen Tiefe von etwa 100 m ist die Nordsee ein relativ flaches Meer, wobei der gesamte südlich gelegene Teil höchstens 50 m tief ist. Sie ist ein Randmeer des Atlantiks und gleichzeitig ein Schelfmeer. Das bedeute, dass sie noch den Festlandsockel Europas bedeckt. Dies ist auch der Grund, weshalb sie so relativ flach ist. Beispiele für weitere Schelfmeere sind das Gelbe Meer, die Barentssee, die Karasee, die Laptewsee, die Ostsibirische See, die Tschuktschen See, die Beaufortsee, der Kanadische Archipel, das Ross Meer, das Weddellmeer und die Indonesischen Meere.
Der südliche Bereich der Nordsee und der Ärmelkanal sind die am aller dichtesten befahrenen Schifffahrtsgewässer weltweit. Unter dem Meeresboden lagern bedeutende Erdgas- und Erdölvorkommen, die hauptsächlich von Norwegen ausgebeutet werden.
Geologisch betrachtet ist die Nordsee ein altes Meer, denn das Nordseebecken senkte sich bereits im Tertiär endgültig. Jedoch war es die letzte Eiszeit, die ihr ihre jetzige Form gab. Gegenwärtig breitet sich die Nordsee aus, denn seit etwa 7000 Jahren steigt der Meeresspiegel um durchschnittlich 30 cm je Jahrhundert.
Aus metereologischer Sicht und für die Fischerei unterscheidet man folgende Seegebiete: Viking, Forties, Dogger, Südwestliche Nordsee, Utsira, Fischer und die Deutsche Bucht. Der Salzgehalt der Norsee liegt regional- und witterungsbedingt zwischen 1,5 und 3,5 Prozent. Die Wassertemperaturen schwanken je nach Wassertiefe und Jahreszeit zwischen 10 Grad Celsius und 25 Grad Celsius. In strengen Wintern kann es an der Küste jedoch auch zu Eisbildungen kommen.
Die wichtigsten Zuflüsse zur Nordsee sind die Elbe, der Rhein, die Weser, die Ems und die Glomma, der Tweet und die Themse. Der größte Anteil frischen Wasser strömt jedoch aus der Ostsee über das Skagerrak zu. Die Nordsee ist zu klein und flach, um selbst Gezeitenwellen auszubilden. Der Tidenhub wird vom Nordatlantik geliefert.
Die Landschaften der nördlichen und westlichen Küsten sind oftmals steil aufragend, schroff und zerklüftet, während die südlichen und östlichen Küsten vorwiegend flach abfallen.
Wirtschaftliche Bedeutung hat das Meer durch die Fischerei, die Handelsschifffahrt, seine Erdgas- und Erdölvorkommen, den Tourismus und seit einigen Jahren durch die Nutzung regenerativer Energien mit Off-Shore Windparks.