Водный режим Балтийского моря определяется речным стоком, атмосферными осадками и поступлением соленых вод, а также испарением и оттоком воды.
Водный баланс Балтийского моря составляется из океанических вод, приходящих донным течением через датские проливы, и вод материкового стока. Балтийское море собирает воды с обширного бассейна, в него впадает свыше 250 рек с общим стоком 472 км3.
Наиболее крупные из них: Нева, Западная Двина, Неман, Висла и Одер. Расходуется вода на испарение с зеркала моря. Избыточные воды поверхностным течением сливаются через проливы в Северное море.
Постоянное течение в Балтийском море (круговое против часовой стрелки) выражено слабо, скорость его колеблется от 3—4 до 15 см/сек. Ветровые течения часто бывают более интенсивными, чем постоянные, и достигают скорости 100—150 см/сек. Причинами, порождающими постоянные течения, являются сток рек, отклоняющая сила вращения Земли и преобладание ветров с западной составляющей. Сильные длительные западные ветры повышают уровень в Невской губе. Наибольший подъем воды здесь был в ноябре 1824 г. (около 410 см выше ординара) и в сентябре 1924 г. (369 см) . Приливы в Балтийском море имеют полусуточный характер и отличаются малыми величинами (у Клайпеды 4 см, в Финском заливе 8 см) .
Соленость вод Балтийского моря невелика вследствие затрудненного водообмена с океаном (из-за узости и мелководья проливов) и неоднородна как в вертикальном разрезе, так и в отдельных районах. При входе в проливы Эресунн и Бельты со стороны Северного моря соленость составляет на поверхности 20% с на глубине — 30 %о- По мере удаления от проливов на восток соленость быстро уменьшается, составляя на поверхности в центральной части моря 6—8%0, а в глубинных слоях — 15—17%0. В Рижском и Ботническом заливах соленость верхних слоев 4—5%о, в северной части последнего — 2%0. Еще меньшую соленость имеет Финский залив — 2—1, 5—1%о. Перед устьем Невы вода почти пресная. Следует подчеркнуть очень резко выраженную неустойчивость солевого режима моря по годам и в течение года.
Температура воды Балтийского моря зимой и летом в отдельных частях также неодинакова, что обусловлено различиями климата, стоком речных вод, отепляющих верхние слои воды моря, и притоком океанических вод, несколько прогревающих придонные слои. Летом температура воды на поверхности близка к температуре воздуха, особенно в августе месяце, когда прогревание верхнего слоя достигает максимума. В Финском заливе она составляет 15— 17°, в Ботническом — 11—13°, в центральной части — 14—16°, в Рижском заливе — До 18° С. У восточного побережья температура воды в летние месяцы выше, чем у западного, на 2—3°. Объясняется это относительно холодным течением из Ботнического залива и преобладающими западными ветрами, которые отгоняют прогретые воды от западного берега. Их замещают глубинные холодные воды.
Зимой более охлажденными оказываются северные и восточные берега. Соответственно холоднее и воды этих частей моря; они подвергаются более раннему и интенсивному замерзанию. В северной части Ботнического залива уже в конце октября появляется лед, а к концу ноября он покрывается сплошным ледяным покровом. В конце ноября вдоль остальных берегов залива образуется береговой припай. Несколько позже им окаймляются Аландские острова, а во второй половине декабря между ними и материком образуется сплошная ледяная перемычка. В Финском заливе ледяной покров появляется в конце ноября, вначале в восточной части и у берегов. Нарастание ледяного покрова продолжается до начала марта. К этому времени значительная часть Финского и Ботнического заливов бывает покрыта неподвижным льдом толщиной до 60—100 см. Центральная часть моря свободна от льдов. Рижский залив замерзает в начале декабря на 80—90 дней. В особо суровые зимы даже датские проливы на 16—40 дней покрываются льдом. В апреле большая часть замерзающей площади освобождается от льда.