Хороший прогрев поверхности Черного моря обусловливает высокую среднюю температуру (8,9°) воды в нем. Зимой наиболее значительные изменения температуры от места к месту происходят в мелководном северо-западном районе. В самом холодном месяце (феврале) она изменяется здесь от −0,5-1,0° у берегов, до +7° в открытой части. В области больших глубин температура воды на поверхности в это время года равна 7-8°, а в юго-восточном углу 8,5° [А.Д. Добровольский, Б.С. Залогин, 1982].
Летом происходит дальнейшее повышение температуры поверхностного слоя воды по всей площади до 25-26°. Вместе с тем нарушается весеннее однообразие температуры. На карте видно, что она повышается с северо-запада на юго-восток. Это увеличение не так значительно, как зимой, и происходит оно более плавно.
Распределение температуры по вертикали для большей части года характеризуется ее наибольшими величинами на поверхности, некоторым понижением до горизонтов 60-75 м, откуда она очень медленно повышается с глубиной и у дна на глубинах 2000 м достигает 9,2°, что объясняется геотермическим притоком тепла от дна. На горизонтах 75-100 м располагается холодный промежуточный слой, вода которого в течение всего года обычно имеет температуру 7-8° в открытых районах моря. Сезонные изменения температуры воды проявляются до горизонтов 150-200 м, однако наиболее отчетливо они выражены в верхнем 50-60‑метровом слое, а их степень во многом зависит от особенностей атмосферных процессов над морем [А.Д. Добровольский, Б.С. Залогин, 1982].
Большой речной сток и поступление соленых мраморно-морских вод обусловливают довольно высокую (21,90‰) среднюю соленость Черного моря [А.Д. Добровольский, Б.С. Залогин, 1982]. Однако соленость на его поверхности в среднем почти вдвое меньше солености поверхностных вод Мирового океана. В настоящее время сложилось относительное постоянство солевого бюджета Черного моря, что объясняется сбалансированными величинами поступления солей с нижнебосфорским течением и речным стоком и их выноса верхнебосфорским потоком.
Как видно из рисунка 6 [15], распределение солености на поверхности моря характеризуется ее незначительным (от 17,5 до 18,3‰) увеличением с северо-запада к юго-востоку. Это объясняется уже упоминавшимся воздействием рек, впадающих в северо-западную часть моря. Пониженная до 5-10‰ соленость наблюдается также в узкой прибрежной полосе, вблизи устьев крупных рек. Небольшое опреснение у Керченского пролива и у восточного берега Крыма вызвано проникновением сюда менее соленых вод Азовского моря. Величины поверхностной солености изменяются по сезонам, что наиболее отчетливо проявляется в опресняемых районах. Зимой соленость несколько повышена в связи с уменьшением притока речных вод в море, в северо-западной части которого ее увеличению способствует отступление азовской воды, поддерживают распреснение, а морские течения распространяют его к востоку и юго-западному берегу Крыма.
Соленость увеличивается с глубиной в открытой части моря от значений 17-18‰ на поверхности до 22,5‰ у дна. Важная особенность распределения солености по вертикали - существование постоянного во времени галоклина между горизонтами 100-150 м, в котором она увеличивается от 18,5 до 21,0‰. Значительные различия величин солености на разных горизонтах объясняются распресняющим влиянием речного стока, поступлением в глубинные слои моря соленых (34-35‰) мраморноморских вод и особенностями общей циркуляции вод Черного моря. Заметные сезонные изменения солености прослеживаются до горизонта 150 м в западной половине моря и до 100-120 м в восточной. Глубже вертикальный ход солености одинаков по всему морю [А.Д. Добровольский, Б.С. Залогин 1982].
Температура и соленость определяют величины и распределение плотности вод Черного моря. В открытых районах она несколько больше, чем в прибрежной зоне. Зимой и осенью вода на поверхности моря более плотная по сравнению с весной и летом. Плотность увеличивается с глубиной. Лишь у самого дна под влиянием некоторого нагревания воды за счет геотермического теплового потока плотность придонного слоя воды может быть несколько меньше, чем слоев, лежащих над ним. Осенью при сравнительно слабом расслоении поверхностных и нижележащих вод сильные продолжительные ветры перемешивают воды от поверхности до горизонтов 15-20 м. Дальнейшее углубление верхнего однородного слоя в течение поздней осени происходит за счет совместного конвективно-ветрового перемешивания. Весной и летом распресненные речным стоком поверхностные воды подстилают более соленые воды, что создает устойчивую стратификацию. Слабые ветры этих сезонов перемешивают только верхний 5-10‑метровый слой, в котором наблюдается почти однородное распределение характеристик по вертикали.