Het Baikalmeer vult een oude kloof, net als het Tanganyikameer in Oost-Afrika. Bij de Baikal Rift Zone trekt de aardkorst uit elkaar.
Het is met 1.642 m het diepste meer ter wereld. De bodem van het meer ligt 1.186,5 m onder de zeespiegel, maar daaronder ligt zo'n 7 km sediment. Dit betekent dat de bodem van de kloof 8-11 km onder het oppervlak ligt: het is de diepste continentale kloof op aarde.
Geologisch gezien is de breuklijn jong en actief - hij wordt ongeveer twee cm per jaar breder. De breukzone is ook seismisch actief; er zijn hete bronnen in het gebied en om de paar jaar opmerkelijke aardbevingen.
Baikal is 25-30 miljoen jaar oud. Het is uniek onder de grote meren op grote hoogte, omdat de sedimenten niet zijn weggespoeld door overstromende continentale ijskappen. Amerikaanse en Russische studies van sedimentkernen in de jaren 90 leverden een gedetailleerd overzicht op van de klimaatschommelingen van de afgelopen 250.000 jaar. Langere en diepere sedimentkernen worden binnenkort verwacht. Het Baikalmeer is het enige ingesloten zoetwatermeer waarin aanwijzingen voor gashydraten bestaan.
Het meer is volledig omgeven door bergen. Het Bajkalgebergte aan de noordoever en de taiga zijn beschermd als nationaal park. Het heeft 27 eilanden; het grootste, Olkhon, is 72 km lang en het op twee na grootste aan het meer gebonden eiland ter wereld. Het meer wordt gevoed door maar liefst 330 instromende rivieren. Het wordt afgevoerd via één enkele uitlaat, de Angara rivier.
Ondanks de grote diepte is het water van het meer goed gemengd en goed zuurstofrijk in de hele waterkolom, vergeleken met de stratificatie die optreedt in waterlichamen als het Tanganyikameer en de Zwarte Zee.