Lacul Baikal umple o vale de rift străveche, la fel ca lacul Tanganyika din Africa de Est. În zona de rift Baikal, scoarța terestră se desparte.
Este cel mai adânc lac din lume, cu o adâncime de 1.642 m (5.387 ft). Fundul lacului se află la 1.186,5 m (3.893 ft) sub nivelul mării, dar sub acesta se află aproximativ 7 km (4,3 mi) de sedimente. Acest lucru înseamnă că fundul riftului se află la 8-11 km sub suprafață: este cel mai adânc rift continental de pe Pământ.
Din punct de vedere geologic, falia este tânără și activă - se lărgește cu aproximativ doi centimetri pe an. Zona de falie este, de asemenea, activă din punct de vedere seismic; în zonă există izvoare fierbinți și cutremure notabile la fiecare câțiva ani.
Vârsta lui Baikal este de 25-30 de milioane de ani. Este unic în rândul lacurilor mari de la latitudini înalte, deoarece sedimentele sale nu au fost măturate de calote de gheață continentale. Studiile americane și rusești asupra sedimentelor din carote din anii 1990 au oferit o evidență detaliată a variațiilor climatice din ultimii 250.000 de ani. În curând sunt așteptate carote de sedimente mai lungi și mai adânci. Lacul Baikal este singurul lac confinat de apă dulce în care există dovezi ale existenței hidraților de gaz.
Lacul este complet înconjurat de munți. Munții Baikal de pe malul nordic și taigaua sunt protejați ca parc național. Are 27 de insule; cea mai mare, Olkhon, are o lungime de 72 km și este a treia cea mai mare insulă lacustră din lume. Lacul este alimentat de nu mai puțin de 330 de râuri care intră în lac. Este drenat printr-o singură ieșire, râul Angara.
În ciuda adâncimii sale mari, apele lacului sunt bine amestecate și bine oxigenate în întreaga coloană de apă, în comparație cu stratificarea care apare în corpuri de apă precum Lacul Tanganyika și Marea Neagră.