Донные отложения Индийского океана имеют наибольшую мощность (до 3-4 км) у подножия материковых склонов; в середине океана - малую (около 100 м) мощность и в местах распространения расчленённого рельефа - прерывистое распространение. Наиболее широко представлены фораминиферовые (на материковых склонах, хребтах и на дне большинства котловин на глубине до 4700 м), диатомовые (южнее 50° ю. ш.), радиоляриевые (близ экватора) и коралловые осадки. Полигенные осадки - красные глубоководные глины - распространены южнее экватора на глубине 4,5-6 км и более. Терригенные осадки - у берегов материков. Хемогенные осадки представлены главным образом железо-марганцевыми конкрециями, а рифтогенные - продуктами разрушения глубинных пород. Выходы коренных пород наиболее часто встречаются на материковых склонах (осадочные и метаморфические породы), горах (базальты) и срединно-океанических хребтах, где, помимо базальтов, обнаружены серпентиниты, перидотиты, представляющие малоизменённое вещество верхней мантии Земли.
Для Индийского океана характерно преобладание стабильных тектонических структур как на ложе (талассократоны), так и по периферии (материковые платформы); активные развивающиеся структуры - современные геосинклинали (Зондская дуга) и георифтогенали (срединно-океанический хребет) - занимают меньшие площади и находят продолжение в соответствующих структурах Индокитая и рифтах Восточной Африки. Эти основные макроструктуры, резко отличающиеся по морфологии, строению земной коры, сейсмической активности, вулканизму, подразделяются на более мелкие структуры: плиты, обычно соответствующие дну океанических котловин, глыбовые хребты, вулканические хребты, местами увенчанные коралловыми островами и банками (Чагос, Мальдивские и др.), желоба-разломы (Чагос, Оби и др.), часто приуроченные к подножию глыбовых хребтов (Восточно-Индийскому, Западно-Австралийскому, Мальдивскому и др.), зоны разломов, тектонические уступы. Среди структур ложа Индийский океан особое место (по наличию материковых пород - гранитов Сейшельских островов и материковому типу земной коры) занимает северная часть Маскаренского хребта - структура, являющаяся, по-видимому, частью древнего материка Гондваны. Полезные ископаемые: на шельфах - нефть и газ (особенно Персидский залив ), монацитовые пески (прибрежный район Юго-Западной Индии) и др.; в рифтовых зонах - руды хрома, железа, марганца, меди и др.; на ложе - огромные скопления железо-марганцевых конкреций.
Климат северной части Индийского океана муссонный; летом, когда над Азией развивается область пониженного давления, здесь господствуют юго-западные потоки экваториального воздуха, зимой - северо-восточные потоки тропического воздуха. Южнее 8-10° ю. ш. атмосферная циркуляция отличается гораздо большим постоянством; здесь в тропических (летом и в субтропических) широтах господствуют устойчивые юго-восточные пассатные ветры, а в умеренных широтах - перемещающиеся с З. на В. внетропические циклоны. В тропических широтах в западной части летом и осенью бывают ураганы. Средняя температура воздуха в северной части океана летом составляет 25-27 °С, у берегов Африки - до 23 °С. В южной части она понижается летом до 20-25 °С на 30° ю. ш., до 5-6 °С на 50° ю. ш. и ниже 0 °С южнее 60° ю. ш. Зимой температура воздуха изменяется от 27,5 °С у экватора до 20 °С в северной части, до 15 °С на 30° ю. ш., до 0-5 °С на 50° ю. ш. и ниже 0 °С южнее 55-60° ю. ш. При этом в южных субтропических широтах круглый год температура на западе под влиянием тёплого Мадагаскарского течения на 3-6 °С выше, чем на востоке, где существует холодное Западно-Австралийское течение. Облачность в муссонной северной части Индийского океана зимой 10-30%, летом до 60-70%. Летом здесь наблюдается и наибольшее количество осадков. Средняя годовая сумма осадков на востоке Аравийского моря и Бенгальского залива более 3000 мм, у экватора 2000-3000 мм, на западе Аравийского моря до 100 мм. В южной части океана средняя годовая облачность 40-50%, южнее 40° ю. ш. - до 80%. Среднее годовое количество осадков в субтропиках 500 мм на востоке, 1000 мм на западе, в умеренных широтах более 1000 мм, у Антарктиды понижается до 250 мм.
Циркуляция поверхностных вод в северной части океана имеет муссонный характер: летом - северо-восточное и восточное течения, зимой - юго-западное и западное течения. В зимние месяцы между 3° и 8° ю. ш. развивается Межпассатное (экваториальное) противотечение. В южной части Индийского океана циркуляция вод образует антициклональный круговорот, который формируется из тёплых течений - Южного Пассатного на севере, Мадагаскарского и Игольного на западе и холодных - течения Западных Ветров на юге и Западно-Австралийского на востоке. Южнее 55° ю. ш. развиваются несколько слабых циклональных круговоротов вод, у берегов Антарктиды замыкающихся восточным течением.
В тепловом балансе преобладает положительная составляющая: между 10° и 20° с. ш. 3,7-6,5 Гдж/(м2×год) [88-156 ккал/(см2×год)]; между 0° и 10° ю. ш. 1,0-1,8 Гдж/(м2×год) [25-43 ккал/(см2×год)]; между 30° и 40° ю. ш. - 0,67-0,38 Гдж/(м2×год) [от - 16 до 9 ккал/(см2×год)]; между 40° и 50° ю. ш. 2,34-3,3 Гдж/(м2×год) [56-80 ккал/(см2×год)]; южнее 50° ю. ш. от -1,0 до -3,6 Гдж/(м2×год) [от -24 до -86 ккал/(см2×год)]. В расходной части теплового баланса севернее 50° ю. ш. основная роль принадлежит затрате тепла на испарение, а южнее 50° ю. ш. - теплообмену океана с атмосферой. Температура воды на поверхности достигает максимума (более 29 °С) в мае в северной части океана. Летом в Северном полушарии она составляет здесь 27-28 °С и только у берегов Африки уменьшается до 22-23 °С под влиянием выхода на поверхность холодных вод с глубин. У экватора температура равна 26-28 °С и уменьшается до 16-20 °С на 30° ю. ш., до 3-5 °С на 50° ю. ш. и ниже -1 °С южнее 55° ю. ш. Зимой Северного полушария температура на севере равна 23-25 °С, на экваторе 28 °С, на 30° ю. ш. 21-25 °С, на 50° ю. ш. от 5 до 9 °С, южнее 60° ю. ш. температуры отрицательны. В субтропических широтах круглый год на западе температура воды на 3-5 °С выше, чем на востоке. Солёность воды зависит от водного баланса, который складывается в среднем для поверхности Индийского океана из испарения (-1380 мм/год), осадков (1000 мм/год) и материкового стока (70 см/год). Основной сток пресной воды дают реки Южной Азии (Ганг, Брахмапутра и др.) и Африки (Замбези, Лимпопо). Наибольшая солёность отмечается в Персидском заливе (37-39‰), в Красном море (41‰) и в Аравийском море (более 36,5‰). В Бенгальском заливе и Андаманском море она уменьшается до 32,0-33,0‰, в южных тропиках - до 34,0-34,5‰. В южных субтропических широтах солёность превышает 35,5‰ (максимум 36,5‰ летом, 36,0‰ зимой), а южнее 40° ю. ш. понижается до 33,0-34,3‰. Наибольшая плотность воды (1027) наблюдается в антарктических широтах, наименьшая (1018, 1022) - в северо-восточной части океана и в Бенгальском заливе. В северо-западной части Индийского океана плотность воды составляет 1024-1024,5. Содержание кислорода в поверхностном слое воды увеличивается от 4,5 мл/л в северной части океана до 7-8 мл/л южнее 50° ю. ш. На глубинах 200-400 м содержание кислорода по абсолютной величине значительно меньше и изменяется от 0,21-0,76 на севере до 2-4 мл/л на юге, на больших глубинах вновь постепенно увеличивается и в придонном слое составляет 4,03-4,68 мл/л. Цвет воды преимущественно синий, в антарктических широтах голубой, местами с зеленоватыми оттенками. Приливы в Индийском океане, как правило, невелики (у берегов открытого океана и на островах от 0,5 до 1,6 м), лишь в вершинах некоторых заливов они достигают 5-7 м; в Камбейском заливе 11,9 м. Приливы имеют преимущественно полусуточный характер. Льды образуются в высоких широтах и выносятся ветрами и течениями вместе с айсбергами в северном направлении (до 55° ю. ш. в августе и до 65-68° ю. ш. в феврале). Глубинная циркуляция и вертикальная структура Индийского океана формируются водами, погружающимися в субтропических (подповерхностные воды) и антарктических (промежуточные воды) зонах схождения и вдоль материкового склона Антарктиды (придонные воды), а также поступающими из Красного моря и Атлантического океана (глубинные воды). Подповерхностные воды имеют на глубине от 100-150 м до 400-500 м температуру 10-18°C, солёность 35,0-35,7‰, промежуточные воды занимают глубину от 400-500 м до 1000-1500 м, имеют температуру от 4 до 10°C, солёность 34,2-34,6‰; глубинные воды на глубине от 1000-1500 м до 3500 м имеют температуру от 1,6 до 2,8°С, солёность 34,68-34,78‰; придонные воды ниже 3500 м имеют на юге температуру от -0,07 до -0,24°С, солёность 34,67-34,69‰, на севере - около 0,5°С и 34,69-34,77‰ соответственно.
Вся акватория Индийского океана лежит в пределах тропического и южного умеренного поясов. Для мелководий тропического пояса характерны многочисленные 6- и 8-лучевые кораллы, гидрокораллы, способные вместе с известковыми красными водорослями создавать острова и атоллы. Среди мощных коралловых построек обитает богатейшая фауна различных беспозвоночных (губки, черви, крабы, моллюски, морские ежи, офиуры и морские звёзды), небольшие, но ярко окрашенные коралловые рыбы. Большая часть побережий занята мангровыми зарослями, в которых выделяется илистый прыгун - рыба, способная длительное время существовать в воздушной среде. Фауна и флора обсыхающих в отлив пляжей и скал количественно обеднена в результате угнетающего действия солнечных лучей. В умеренном поясе жизнь на таких участках побережий представлена намного богаче; здесь развиваются густые заросли красных и бурых водорослей (ламинарии, фукусы, достигающие огромных размеров макроцистис), обильны разнообразные беспозвоночные. Для открытых пространств океана, особенно для поверхностного слоя толщи воды (до 100м), также характерна богатая флора. Из одноклеточных планктонных водорослей преобладают несколько видов перединиевых и диатомовых водорослей, а в Аравийском море - синезелёные водоросли, часто вызывающие при массовом развитии так называемое цветение воды. Основную массу животных океана составляют рачки-копеподы (более 100 видов), затем следуют крылоногие моллюски, медузы, сифонофоры и др. беспозвоночные животные. Из одноклеточных характерны радиолярии; многочисленны кальмары. Из рыб наиболее обильны несколько видов летучих рыб, светящиеся анчоусы - миктофиды, корифены, крупные и мелкие тунцы, рыбы-парусники и разнообразные акулы, ядовитые морские змеи. Распространены морские черепахи и крупные морские млекопитающие (дюгони, зубастые и беззубые киты, ластоногие). Среди птиц наиболее характерны альбатросы и фрегаты, а также несколько видов пингвинов, населяющих побережья Южной Африки, Антарктиды и острова, лежащие в умеренном поясе океана.