東北日本の東沖をほぼ南北に平行して位置する海溝で、太平洋プレートが北米プレートの下へ沈み込む場に形成されている。北海道の襟裳（えりも）岬沖で屈曲して北方の千島海溝へ接続し、関東地方の東方沖で屈曲して南方の伊豆・小笠原海溝へ続く。最深部は9200mと測定されている。三陸沖では1896年と1933年に巨大地震が発生している。太平洋プレートの曲がりによる正断層の形成と陸側斜面の逆断層によるもので、大きな津波を発生している。水深6000mを超える深さから冷水湧出帯生物群集が見つかっている。日本海溝にはいくつもの海山が沈みこんでおり陸側の斜面には大きな斜面の崩壊が見られる。海側の斜面には小さな海丘があり最近これらの年代が極めて新しいことがわかり、プレート内で火山活動があり海丘を形成したことが知られている。それらはホットスポットになぞらえてプチスポットの名で呼ばれている。