Температура поверхностного слоя моря имеет хорошо выраженный годовой ход. Наиболее низкая температура воды наблюдается в январе — феврале и составляет в большей части моря 0 °С или немного ниже; лишь в его южной части в это время сохраняется положительная температура воды (1—3°С), хотя и здесь в суровые зимы она может понижаться до —0,3 °С. С марта температура быстро повышается и в мае достигает 18 °С. Летом температура воды в открытом море составляет преимущественно 22—25 °С, а в прибрежной зоне достигает 32 °С. Со второй половины августа она начинает заметно понижаться и в ноябре составляет 6—10°С. В Керченском проливе в осенне-зимний период температура воды обычно на 2—4 °С выше, чем в открытом море. В летние месяцы в результате водообмена между Азовским и Черным морями температура воды в проливе ниже, чем в прибрежной зоне моря.

Соленость поверхностного слоя моря незначительна. В последние годы она повысилась в результате зарегулирования стока рек Дон и Кубань и составляет в основном 10—12 °/оо; в 1974 г. в центральном районе моря соленость достигала 14 °/оо - В Таганрогском заливе она изменяется от 1—2 °/оо в вершине залива до 9—10 °/оо при выходе из него. В заливе Сиваш соленость воды колеблется от 25 °/оо в его северной части до 180 °/оо в южной.

Сезонные колебания солености обычно редко превышают 1 °/оо; они наиболее значительны в Таганрогском заливе, где довольно велико влияние стока реки Дон.

Плотность поверхностного слоя моря наибольшая в декабре — марте и составляет в центральной части моря 1,007—1,009. В прибрежной зоне плотность воды в декабре—марте 1,006—1,014, в июне—августе 1,001—1,007. В Таганрогском заливе летом плотность воды 0,998. В настоящее время в связи с увеличением солености воды наметилось также заметное увеличение ее плотности.

Прозрачность и цвет воды.
Условная прозрачность воды Азовского моря очень мала вследствие обилия взвешенных частиц ила и планктона: в открытом море весной и осенью в среднем 2—3 м, а зимой и летом 1—2 м. Наибольшая прозрачность воды 5—8 м иногда наблюдается в южной части моря у Керченского пролива. Наименьшая прозрачность воды отмечается в восточной части Таганрогского залива, где весной и осенью она менее 1 м.

Цвет воды. в открытом море обычно голубовато-зеленый, а у берегов и в заливах преимущественно зеленый и коричневый, лишь в Таганрогском и Темрюкском заливах вода коричневато-желтая. Летом при массовом развитии планктона преобладает ярко-зеленый цвет воды. При безветренной погоде весной и осенью вода имеет желтовато-зеленый цвет. Зимой вода чаще коричневая.