Teluk Thailand relatif dangkal, kedalaman rata-rata adalah 45 m, dan kedalaman maksimum hanya 65 m. Ini membuat pertukaran air lambat, dan aliran air dari sungai-sungai membuat teluk ini bersalinitas rendah (3,05-3,25%) dan juga kaya dengan sedimen. Hanya di perairan dalam dengan salinitas yang lebih tinggi (3,4%) masuk ke Teluk tersebut dari Laut China Selatan dan mengisi depresi pusat di bawah kedalaman 50m. Sungai utama yang mengalir ke teluk ini adalah Chao Phraya (termasuk anak sungainya Ta Chin) dan Maeklong di Bight of Bangkok, dan Sungai Tapi ke Teluk Bandon di barat daya teluk.
Pada zaman es terakhir Teluk Thailand tidak ada sama sekali disebabkan oleh permukaan laut yang rendah.
Dikarenakan kehangatan tropis air Teluk Thailand merupakan tempat dari banyak karang koral, dan beberapa resort penyelaman. Tempat paling populer bagi turis adalah pulau Ko Samui di provinsi Surat Thani, sedangkan Ko Tao adalah pusat turisme penyelaman.
Teluk ini juga mengandung sumber daya minyak dan lebih banyak lagi gas alam.