湾内の水深は非常に浅く、平均は45メートルで、もっとも深いところでも80メートルである。この浅さは湾内の水流を緩やかにし、さらに、チャオプラヤー河、
メコン河、をはじめとする大河川からの淡水の流入によって、
塩分濃度が3.05-3.25%とかなり低くなっているのが特徴である。ただし、南シナ海から流れてくる塩水により、濃度が一部濃くなっているところがあり、50メートル以下の場所では3.4%となっている場合もある。その水深のため、
氷河期の海面低下した時期においてはタイランド湾は陸地化していたが、その後、海面の上昇によって、湾が形成されたと考えられる。