Восточно-Сибирское море расположено между Новосибирскими островами и островом Врангеля. Южная граница проходит по материковому берегу от мыса Якан до мыса Святой Нос.
Восточно-Сибирское море относится к типу материковых окраинных морей. Его площадь — 913 тыс.км2, объем — 49 тыс.км3, средняя глубина — 54 м, наибольшая глубина — 915 м, т.е. это море целиком лежит на материковой отмели.
Береговая линия Восточно-Сибирского моря образует довольно крупные изгибы, местами уходящие в сушу, местами выступающие в море, но есть и участки с ровной линией берега. Мелкие извилины обычно приурочены к устьям небольших рек.
Ландшафты западной части побережья Восточно-Сибирского моря резко отличаются от восточной. На участке от Новосибирских островов и до устья реки Колыма берега очень низменны и однообразны. Здесь к морю подходит заболоченная тундра. Восточнее устья реки Колыма, за мысом Большой Баранов, побережье становится гористым. От устья реки Колыма до острова Айон прямо к воде подходят невысокие холмы, местами круто обрывающиеся. Чаунскую губу обрамляют невысокие, но круто ровные берега. Различное по рельефу и строению побережье моря на различных участках относится к разным морфологическим типам берегов.
Подводный рельеф шельфа, образующего ложе моря, в общих чертах представляет собой равнину, очень слабо наклоненную с юго-запада на северо-восток. Дно моря не имеет заметных впадин и возвышенностей. Предполагают, что это следы древних речных долин, залитых морем. Область малых глубин в западной части моря образует Новосибирскую отмель. Наибольшие глубины сосредоточены в северо-восточной части моря. Заметное увеличение глубин происходит в горизонте от 100 до 200 м.
Расположенное в высоких широтах, Восточно-Сибирское море находится в зоне атмосферных воздействий Атлантического и Тихого океанов. В западную часть моря (хотя и редко) проникают циклоны атлантического происхождения, в восточные районы — тихоокеанского. Климат Восточно-Сибирского моря — полярный морской, но с признаками континентальности.
Материковый сток в Восточно-Сибирском море сравнительно невелик, около 250 м3/км, что составляет всего 10% общего объема речного стока всех арктических морей. Самая крупная из впадающих рек — Колыма — за год дает около 130км3 воды, а вторая по величине река — Индигирка — 60 км3 воды в год. Все остальные реки за это же время вливают в море примерно 350 км3 воды.
Вследствие мелководности и отсутствия глубоких желобов, выходящих за северные пределы Восточно-Сибирского моря, подавляющую часть его пространств от поверхности до дна занимают поверхностные арктические воды.
Постоянные течения на поверхности Восточно-Сибирского моря образуют слабо выраженную циклоническую циркуляцию.
В Восточно-Сибирском море наблюдаются правильные полусуточные приливы. Их вызывает приливная волна, которая входит в море с севера и движется к побережью материка. Фронт ее вытянут с северо-северо-запада на восток-юго-восток от Новосибирских островов к острову Врангеля.
Годовой ход уровня характеризуется максимально высоким его положением в июне — июле, когда имеет место обильный приток речных вод.
В летний сезон очень ярко выражены сгонно-нагонные явления, при которых колебания уровня часто бывают — 60см. В устье реки Колыма и в проливе Дмитрия Лаптева они достигают максимальных для всего моря величин — 2,5м. Быстрая и резкая смена положений уровня — одна из характерных черт прибрежных районов моря.
Восточно-Сибирское море — самое ледовитое из морей Российской Арктики. С октября — ноября по июнь — июль оно полностью покрыто льдом. В это время преобладает принос льдов из Арктического бассейна в море, в отличие от других морей Арктики, где превалирует выносной дрейф льда. Характерная особенность льдов Восточно-Сибирского моря — значительное развитие припая зимой. При этом он наиболее широко распространяется в западной, мелководной части моря и занимает узкую прибрежную полосу на востоке моря.
Подавляющая часть пространства на востоке моря занята отрогом Айонского океанического ледяного массива, который в значительной мере образует тяжелые многолетние льды. Его южная периферия в течение всего года почти примыкает к побережью материка, определяя ледовую обстановку в море.