Происхождение Мраморного моря связывают с крупными разломами земной коры, разделившими материки Европы, Азии и Африки. Первое описание берегов моря осуществлено в 1845-48 годах капитан-лейтенантом русского флота М. П. Манганари. Значительные гидрологические и биологические исследования Мраморного моря провели в конце XIX веке русские ученые С. О. Макаров и И. Б. Шпиндлер (под его руководством в 1890—1891 была проведена специальная экспедиция, снаряжённая Русским географическим обществом и Императорской академией наук) .
Берега преимущественно гористые, на юге и востоке сильно расчленены (Измидский залив и др.) . Крупнейшие острова — Мармара, Принцевы, у северного побережья имеются подводные рифы. В море впадают небольшие реки Граникус, Сусурлук и др. (практически все — с азиатского берега) .
Море не замерзает; зимой температура воды на поверхности 9 °C, летом до 29 °C. Для гидрологии моря характерен обмен вод Чёрного и Эгейского морей через проливы. Солёность на поверхности до 26 ‰, что гораздо больше, чем в Чёрном море, но значительно меньше, чем в океанах. При этом солёность придонной воды заметно выше — до 38 ‰, что сравнимо с солёностью вод Средиземного моря.
Флора и фауна Мраморного моря имеет видовой состав, родственный средиземноморскому.
Развито рыболовство (скумбрия и др.) . Через Мраморное море проходят важные судоходные пути из Чёрного моря в Средиземное море. В декабре 1999 года в результате шторма в Мраморном море близ Стамбула затонул российский танкер «Волгонефть-248», в результате чего в море попало значительное количество нефтепродуктов [2].
Побережье моря густо заселено ещё с античных времён; на северо-западе, у пролива Босфор расположен город Стамбул. На берегу — многочисленные курорты (Эрдек, Муданья и др.).
