Die Nordsee ist ein flaches Randmeer des Atlantischen Ozeans. Im Westen ist sie durch die Britischen Inseln, im Südwesten durch die Linie Dover-Calais, im Süden und Südosten durch Belgien, die Niederlande und Deutschland und im Osten und Nordosten durch Dänemark begrenzt.

Sie ist 0,575 Millionen km² groß und hat ein Wasservolumen von 0,047 Millionen km³.

Am Südost-Rand der Nordsee erstreckt sich von Den Helder bis Esbjerg das Wattenmeer, das sich durch den stetigen Wechsel von Ebbe und Flut und eine einzigartige Tier-und Pflanzengemeinschaft auszeichnet.

Die Nordsee ist im Gegensatz zur Ostsee ein geologisch altes Meer, wenngleich sie in ihrer heutigen Form relativ jung ist, denn sie hat im Verlauf der geologischen Entwicklung mehrfach ihre Gestalt geändert.

Bereits im Zechstein, einer Epoche des Erdaltertums die vor etwa 280 Millionen Jahren stattfand, war das Gebiet der Nordsee als flaches Binnenmeer angelegt, das bis zu den Mittelgebirgen reichte. Dieses Binnenmeer nannte man auch Zechsteinmeer, wegen der entsprechenden Epoche. Es überschnitt die heutige Küstenlinie. Man nimmt an das die Nordsee nach der Bildung des Kaledonischen Gebirges im Norden und des Variskischen Gebirges im Süden ein flaches Meer in der mitteldeutschen Senke darstellte. Zeitweise hatte sie sogar über Schleswig-Holstein hinweg Verbindung zur Ostsee.Das Zentrum dieser Senke verschob sich später nach Norden.

In Trias und Jura wechselten Ausdehnungen und Zurückdrängungen des Meeres. Zeitweise bestanden Verbindungen zum Mittelmeer. Die Nordsee hatte also zu verschiedenen Zeiten nach Norden, Süden oder Südwesten hin Verbindung mit dem offenen Ozean. Seither, etwa seit der Jurazeit die im Erdmittelalter anfing (vor ungefähr 190 Millionen Jahren), dürfte die Nordsee mehr oder weniger der heutigen Lage und Ausdehnung entsprochen haben.

Im Pliozän stellte sich durch ein Absinken des Landes im Norden die heutige Verbindung der Nordsee zum atlantischen Ozean im Norden ein und weite Teile der südlichen Nordsee fielen trocken. Da sich gleichzeitig das Land im Süden hob, lagen große Teile der heutigen Nordsee während der verschiedenen Vereisungsperioden des Pleistozäns trocken.

In der Postglazialzeit, der Nacheiszeit, bildete der Nordrand der Doggerbank, bis zu der die Rheinmündung vorgeschoben war, die Südküste der Nordsee. Die Mündungen von Rhein und Elbe lagen etwa am Nordrand der Doggerbank.

Es setzte vor etwa 10000 bis 8000 Jahren durch das Abschmelzen der Gletscher der letzten Eiszeit und mit einem erneuten reklativen Absinken des Landes (Glazialisostasie), das bis heute anhält, die allmähliche Überflutung des südlichen Teils der heutigen Nordsee ein. Dabei wird die Doggerbank, die den Süd-Rand der Nordsee bildet noch einige Zeit als Insel bestanden haben, bis auch sie vom Meer überflutet wurde.Die Nordsee umfaßte zu dieser Zeit das ganze Gebiet bis zu den Geesthöhen Norddeutschlands. Durch die Überflutung der südlichen Nordsee bildete sich die Staße von Dover vor etwa 4000 Jahren. Durch umfangreiche Sandtransporte wurde eine geschlossene Dünenkette im Südwest aufgebaut, die später durch den Einbruch des atlantischen Ozeans durch den Kanal in eine Reihe von Inseln aufgelöst wurde. Durch solch einen Fall entstanden auch die Friesischen Inseln die eigentlich als Strandwall- und Dünenbildungen an der damaligen Küste entstanden sind und  dann auseinandergerissen wurden. Hinter der Dünenkette kam es durch Aufschlickung zur Bildung von Watten und Marschen, die von Menschen besiedelt wurden und etwa seit 1100 n. Chr.durch den Bau von Deichen gegen eine erneute Überflutung verteidigt werden.

Da die Nordsee so ein hohes Alter besitzt, haben sich starke Sedimentablagerungen ausgebildet, die Höhen bis zu 6000m erreichen.