Океан почти целиком лежит на Тихоокеанской литосферной плите, на юге и юго-востоке находятся Восточно-Тихоокеанское и Южно-Тихоокеанское поднятия, входящие в систему срединно-океанических хребтов. По периферии Тихий океан окружён островными дугами, глубоководными желобами, а на суше — горными хребтами, составляющими так называемое «Огненное кольцо», где наиболее часты землетрясения, извержения вулканов на суше и под водой. Именно подводные извержения становятся причиной разрушительных волн — цунами.
Тихий океан расположен во всех климатических поясах, но самую широкую его часть занимает экваториальный, субэкваториальный и тропический пояса. В экваториальной части океана температура воздуха круглый год постоянна и равна примерно +25 °С, дуют умеренные ветры, на безоблачном небе всю ночь горят яркие звёзды. В высоких широтах — в северных частях океана и у берегов Антарктиды — температура воздуха опускается ниже 0 °С. Айсберги, которые откалываются от берегов Южного континента, двигаясь на север, постепенно тают и исчезают около сороковых широт. Тропические районы Тихого океана отличаются глубоким тёмно-синим цветом и необыкновенной прозрачностью вод. Штормы и тайфуны, часто возникающие над океаном на западе тропической зоны, обрушиваются на восточные берега Евразии; а влажные муссоны, дующие в этих районах летом с океана на материк, приносят большое количество осадков.
Течения Тихого океана образуют в Северном и в Южном полушариях два огромных кольца. Северное кольцо движется по часовой стрелке и состоит из Северного Пассатного, Куросио, Северного Тихоокеанского и Калифорнийского течений. Кольцо течений Южного полушария движется против часовой стрелки и включает Южное Пассатное, Восточно-Австралийское, Западных ветров и Перуанское течения. Перераспределяя тепло в океане, течения оказывают огромное влияние на природно-климатические условия островов и континентов.