Осадочный чехол дна С. м. перекрывает разновозрастное складчатое основание: на В. — край докембрийской Восточно-Европейской платформы, на С.-З. — зону сочленения каледонид Норвегии и Шотландии и в большей средней части — область байкальской складчатости, распространяющейся из Центральной Европы на о. Великобритания.
Климат С. м. умеренный, находится под непосредственным влиянием согревающего тёплого Северо-Атлантического течения и циклонической деятельности Исландского центра пониженного давления. Зима короткая, относительно мягкая, лето прохладное. В течение года над С. м. господствуют западные и юго-западные ветры, которые достигают наибольшей силы зимой. С ноября по март отмечается наибольшая повторяемость штормов. Частая смена циклонов и антициклонов определяет неустойчивую погоду во все сезоны. Средняя температура февраля от 0 °С на В. до 5 °С на З., августа от 15 °С на С. до 17 °С на Ю. Зимой при северных ветрах температура может падать до —23 °С. Средняя годовая облачность 6—7 баллов с максимумом зимой. Осадков от 600—700
Гидрологические условия С. м. определяются его географическим положением, климатическими условиями, водообменом с Атлантическим океаном и Балтийским морем и материковым стоком. Основную роль играют тёплые и солёные атлантические воды, поступающие в С. м. двумя потоками: один между Шетлендскими островами и северной оконечностью о. Великобритания, другой — через пролив Па-де-Кале, они определяют повышенную солёность в прилегающих районах
С. м. Менее солёные воды Балтийского моря поступают в северо-восточную часть С. м. через пролив Скагеррак. Материковый сток имеет преобладающее значение в юго-восточной части моря (реки Эльба, Везер, Эмс, Рейн, Маас, Шельда, Темза). Поступающие в С. м. воды образуют в нём общую циклональную циркуляцию, на которую накладываются местные круговороты того же направления. Основная масса поверхностных вод уходит из С. м. в Норвежское море между Скандинавским полуостровом и Шетлендскими островами. Скорость поверхностных течений обычно не превышает 0,3
Средняя температура воды на поверхности моря зимой 5—6 °С, на Ю.-В. понижается холодными материковыми водами до 2 °С; летом температура на С. около 12 °С, в средней части моря 16—17 °С, на Ю.-В. до 18—19 °С. Солёность на С.-З. и Ю.-З. в потоках атлантических вод 34,7—35,3%, в центральной части моря 34,5—34,7%, на С.-В. в балтийских водах понижается до 31,0—32,0°/оо
, на Ю.-В. до 29,0—31,0о/оо. Глубинные температуры и солёность на большей части моря мало отличаются от поверхностных. Приливы в С. м. полусуточные, их величина в различных районах от 0,6 до 7,6