Dalğalanma. Xəzər dənizinin hidroloji rejimini təyin edən əsas faktorlar bunlardır: iqlimi, su axını, dənizin dərinliyi, dibinin relyefi və sahillərinin kələ-kötürlüyü. Xəzər dənizində güclü dalğalanma xüsusilə payız və qış aylarında əsən güclü şimal və cənub istiqamətli küləklər zamanı yaranır.

Şimali Xəzər dalğa rejiminə görə dənizin digər hissələrindən xeyli fərqlənir. Burada dərinliyin az olması nəticəsində dalğalar ən böyük qiymətlərinə külək sürətinin 15 - 20 m/s giymətlərində çatır. Ən böyük dalğalar (8 m-ə qədər) Orta Xəzərlə sərhəd ərazilərində cənub küləklərində müşahidə edilir. Orta Xəzərdə ən intensiv dalğalanma şimal - qərb istiqamətli küləklər əsən zaman Abşeron yarmadasında, şimal küləklərində isə ondan şimala doğru ərazilərdə müşahidə edilir. Maxaçkalanın şimal - şərqində isə güclü dalğalanma cənub-şərq küləklərində yaranır.

Dalğalanma nöqteyi-nəzərdən Xəzər dənizinin ən təlatümlü rayonları bunlardır: sahil zonaları üzrə Dərbəddən - Abşerona qədər ərazi, açıq dəniz rayonlarında isə Abşeron astanasına bitişik dəniz akvatoriyası.

Axınlar. Xəzər dənizində axın yaradan faktorlar bunlardır: külək, dəniz suyunun sıxlığının dəyişkənliyi, dənizin dərinliyi və sualtı relyefi, sahillərinin forması, və su axımları. Bu proseslər içərisində ən mühümü küləkdir. Dənizdə real şəraitdə bu proseslərin birgə təsiri nəticəsində yaranan axınlar sistemi müşahidə edilir.

Xəzər dənizində su dövranı orta çoxillik hidrometeoroloji şərait nəticəsində yaranmışdır. Ümumi halda axın sistemi belə təsvir edilir. Dəniz üzərində bütün il boyu hakim olan şimal küləkləri Şimali Xəzərdən cənuba doğru qərb sahilləri boyunca dreyf axınları yaradırlar və bu su selləri Abşeron yarımadasına qədər hərəkət edərək 2 qola ayrılır. Bunlardan daha güclü olanı yarmadadan keçərək cənuba daxil olur, sonra isə Cənubi Xəzərin sahilləri boyunca hərəkət edərək yenidən Orta və Şimali Xəzərə doğru hərəkət edirlər. Ikinci qol isə Abşeron yarımadasından şərqə doğru hərəkət edərək şərq sahillərinə daxil olur və burada əsas qolla birləşir. Manqışlaq yarımadasına daxil olan bu birləşmiş axın, yarımada tərəfindən qərbə tərəf dönür və beləliklə Şimali Xəzərdə tsiklonik (saat əqrəbinin əksinə) su dövranı yaranır. Dənizin cənub hissəsində Abşeron yarımadası ilə Kür çayı mənsəbi arasında yerli antitsiklonik (saat əqrəbi istiqamətində) axınlar da mövcuddur.

Şimali Xəzərdə ən böyük sürətə şimal - şərq və cənub - qərb (25 sm/s), az sürətə isə şimal - qərb və cənub - şərq (13 sm/s) axınları malikdir. Digər istiqamətlər üzrə axınların sürəti 15-18 sm/s intervalında dəyişir, naviqasiyası müddətində qərb ərazilərdə axınların sürəti 100 sm/s də çata bilər.

Orta Xəzərin qərb sahilləri boyunca cənub - şərq istiqamətli axınlar hakimdir. Abşeron yarımadası ərazisində sahilin təsiri nəticəsində güclü şimal - qərb küləkləri sahildən şərqə, açıq dənizdə isə şimal-qərbə yönəlmiş axınlar yaradir.

Abşeron yarmadasından şimala doğru zəif küləklərində axınların sürəti 10 - 20 sm/s, mülayim küləklərdə 30 - 40 sm/s və güclü küləklərdə isə 60 -100 sm/s təşkil edir.

Cənubi Xəzərdə Bakı arxipelaqı rayonunda sürəti 10 sm/s olan cənub axınları üstünlük təşkil edir. Burada maksimal axın sürətləri (40 - 50 sm/s) güclü şimal - qərb küləkləri zamanı müşahidə edilmişdir. Cənubi Xəzərin şərq sahilləri boyunca aprel - sentyabr aylarında cənub istiqamətli axınlar hakimdirlər. Burada axınların sürəti mülayim küləklərdə 15 - 30 sm/s, güclü küləkdə isə 50 - 60 sm/s təşkil edir.

Suyunun temperaturu. Xəzər dənizinin temperatur rejimi istilik balansı elementlərinin illik dəyişmələrinin təsiri nəticəsində formalaşır. Əsas istilik mənbəyi günəşdən daxil olan qısadalğalı radiasiyadır.

Şimali Xəzərdə mart - avqust aylarında dəniz istiliyi toplayır (akkumilyasiya), sentyabr - fevral aylarında isə sərf edir. Orta və Cənubi Xəzərdə istilik balansı Şimali Xəzərə nisbətən bir ay sonra işarəsini dəyişir.

Şimali Xəzərdə aprel ayından başlayaraq su kəskin istiləşməyə başlayır və sahil zonasında səthdə 12°C-ə, açıq dənizdə isə 6 -10°C-ə çatır. Bu zaman Orta Xəzərdə 9-10°C, Cənubi Xəzərdə isə 11-14°C temperatur hakimdir. Suyun ən çox qızması aprel-may aylarında baş verir. Mövsümün axırında Şimali Xəzərdə 17-18°C, Orta Xəzərdə 13 -14°C və Cənubi Xəzərdə 16 -18°C çatır. Iyun ayında temperaturun yüksəlməsi davam edir və ayın axırında maksimuma çatır. Bu vəziyyətdə suyun termik rejimi avqustun axırına qədər saxlanılır və dənizin səthi temperatur bircinsliyi ilə xarakterizə edilir. Suyun səth temperaturu Şimali və Orta Xəzərdə 24 - 24°C, Cənubi Xəzərdə isə 25 - 28°C - ə bərabər olur. Yay mövsümündə dənizin orta hissəsində mənfi temperatur anamaliyaları da müşahidə edilir. Xüsusilə, şərq sahillərində, sahildən uzaqlaşdıqda temperaturun artması baş verir. Qərb sahillərində də bu hadisə müşahidə edilir. Lakin nisbətən az ərazini əhatə edir.

Dənizin soyuması sentyabr ayının əvvəllərindən başlayır. Oktyabr ayında Şimali Xəzərdə suyun temperaturu 10°C -17°C, Orta Xəzərdə 15 - 18°C və Cənubi Xəzərdə 19 - 21°C intervalında olur. Noyabr ayında dəniz səthində suyun temperaturu şimalda 3 - 10°C, cənubda isə 16 -18°C diapazonunda dəyişir.

Xəzər dənizində səth temperaturunun aylar üzrə dəyişmələri:
1– Şimali, 2–Orta, 3–Çənubi, 4–bütün  dənizi üzrə

Suyunun duzluğu. Xəzər dənizinin suyu okean mənşəlidir, dəniz qədim  dövrdə okeanla birləşmiş, Aralıq, Qara və Azov dənizləri ilə birlikdə Para Tetis okeanının tərkibində olmuşdur. Xəzər dənizinin əlahiddə su hövzəsi kimi yaşı 3 - 5 milyon il hesab edilir.

Xəzər dənizinin suyunun orta duzluğu 12,85 ‰ (promil) təşkil edir (okean suyunun orta duzluğu 35 ‰ - dir). Duzluğun aşağı olması dənizin qapalı olması və çay axımlarının böyük olması ilə əlaqədardır. Xəzər suyunda okean sularına nisbətən karbonat və sulfatların miqdarı çox, xloridlərin miqdarı isə azdır.

Şimali Xəzərdə duzluq çay mənsəblərdə 0,1 ‰ - dən Orta Xəzərin sərhəddində 12 ‰ - ə, Cənubi Xəzərin şərq sahillərinə doğru isə 13,4 ‰ – ə qədər dəyişir. Ərazinin şimal - şərq və qərb sahilləri boyu daha durulu sular yerləşmişdir.

Xəzər dənizinin dərin hissələrində açıq dənizdə duzluğun orta qiyməti 12,8 – 12,9 ‰ təşkil edir. Dərinliyə doğru duzluq az dəyişir, təxminən 0,1 – 0,2 ‰ artır. Dənizin qərb sahilləri akvatoriyyasında duzluq şərq sahili akvatoriyyasına nisbətən azdır. Buna əsas səbəb qərb sahili boyunda Volqa çayı axımının mövcud olmasıdır. Analoji vəziyyət Cənubi Xəzərdə Kür çayı axımı hesabına da baş verir.

Qışda Orta Xəzərdə duzluq şimal-qərbdə 11,0 ‰ - dən cənubi-şərqdə 13,4 ‰ - ə qədər artır. Yayda həm Orta, həm də Cənubi Xəzərdə (səthə) duzluq eyni olub, 12.8 -12,9 ‰ təşkil edir. Lakin duzluq Orta Xəzərin şərq sahillərində və mərkəzi ərazilərdə 13 ‰ qiymətlərinə qədər artır.

Buz rejimi. Şimali Xəzərdə dayaz şimal hissəsi hər il donur, amma dənizin dərin digər hissələri isə həmişə donmur. Buzların yaranma əraziləri, müddəti və onun sonrakı inkişafı ilin qış vaxtında dəniz üzərindəki atmosfer prosesləri ilə müəyyən edilir. Sərt qışda Şimali Xəzərin bütün səthi, mülayim qışda isə 3 m izobata qədər olan əraziləri donur. Burada ən böyük buz qatı yanvar-fevral aylarında (sərt qışda sal buzun qalınlığı 70 – 90 sm, mülayim qışda 35 – 40 sm) müşahidə edilir.

Xəzər dənizində müxtəlif  qış mövsümlərində buzların yayılma ərazilər. (1 – yumşaq, 2 – mülayim və 3 – sərt qış)

Orta Xəzər buz əmələgəlmə adətən noyabr ayının axırında, şərq sahillərinin qapalı buxtalarında başlayır. Qərb sahillərində Maxaçqala-Niyazobaya qədər ərazisində sərt qışda ilkin yerli buzlar noyabrın axırında, mülayim qışda isə yanvarda müşahidə edilir. Burada buzların qalınlığı 20 – 25 sm, şərq sahillərində eyni coğrafi enlikdə isə 40 – 45 sm təşkil edir. Isti qış mövsümündə qərb sahillərində ümumiyyətlə buz müşahidə edilmir.
Ən sərt qış mövsümündə uzunmüddətli əsən şimal küləkləri üzən buzları qərb sahilləri boyu hərəkət etdirərək Abşeron yarımadasına gətirib çıxa bilər. Axrıncı dəfə bu hadisə 1953/1954 - cü ildə qışda müşahidə edilmişdir, 5 fevral 1954 – cü il tarixində Abşeron yarımadasının şimal hissəsində möhkəm sal buz yaranmışdır.
Cənubi Xəzərdə çox nadir hallarda buz yaranır. Qərb sahillərində buz əmələgəlmə dekabr-fevral, şərq sahillərdə isə dekabrın ortalarında (erkən), fevralın əvvəllərində (gec) baş verə bilər.

Xəzər dənizində buzların yaşama müddəti geniş intervalda dəyişir. Normal qış mövsümlərində Şimali Xəzərin dayaz sahil zonaları 60 -140 gün, açıq dəniz rayonları isə 10 - 40 gün buzla örtülür.