Biển Đen là một bồn nước phân tầng lớn nhất trên thế giới, ở đó các lớp nước ở dưới sâu và trên mặt không trộn lẫn với nhau để có thể nhận ôxy từ khí quyển. Do đó, hơn 90% thể tích nước Biển Đen dưới sâu là nước thiếu ôxy. Điều kiện thủy hóa hiện tại chủ yếu bị khống chế bởi địa hình bồn biển và các dòng sông đổ vào, nên tạo ra sự phân tầng mạnh mẽ theo chiều đứng và sự cân bằng nước dương. Các lớp trên cùng nhìn chung lạnh hơn, nhẹ hơn và ít mặn hơn các lớp dưới sâu, vì chúng được các dòng sông cung cấp nước, trong khi đó các lớp dưới sâu có nguồn gốc ấm, mặn của Địa Trung Hải. Dòng nước nặng này từ Đia Trung Hải được cân bằng bởi một dòng nước ngọt trên mặt chảy ra từ Biển Đen vào biển Marmara, duy trình sự phân tầng và độ mặn.