カスピ海は黒海や地中海と同様にテチス海の名残である。大陸移動により550万年前に陸地に閉じ込められた。海水の塩分濃度が世界の海の3分の1なのは一度干上がり、塩分が岩塩として沈殿したためと考えられる。北部ではヴォルガ川などの流入で塩分が薄く、南部ではイランからの流入河川が少ないため塩分が濃いとされる。
カスピ海の水位は何世紀にも亘り上下の変動を繰り返してきた。ロシアの歴史家たちは中世における水位の上昇がハザール王国のカスピ海沿岸の町に洪水を引き起こしたと述べている。
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カスピ海の海面は、19世紀にはおおむね海抜 -25～-26mで上下していたが、20世紀に入ると低下しはじめ1930年代には2m弱急激に低下した。その後、1977年まで海面の低下が続き、その後は上昇している。なお、この間、1980年にはカスピ海の海面低下を防ぐためカラポガスゴル湾を結ぶ海峡が堰き止められ、塩害など別の災害を引き起こした。
過去2000年の間でも、海抜-22mから-34mの間で大きく変動したと考えられている。[2]
カスピ海周辺国家間で10年に及ぶ領海確定協議が続いている。カスピ海を海ととらえるか湖ととらえるかで、主に3点が問題となる。つまり鉱物資源（石油・天然ガス）、漁業そして国際水域としてのアクセス。とくに黒海やバルト海へ抜けるヴォルガ川とのリンクは内陸国であるアゼルバイジャン、トルクメニスタン、カザフスタンにとって重要である。カスピ海が海であれば外国船の通過を許す国際条約が有効となり、湖であればその義務がなくなる。これには環境問題も関係する。なお、カスピ海では旧ソ連時代の艦艇を引き継いだロシアの軍事プレゼンスが最も高い。