خلیج گرگان که 400 کیلومتر وسعت دارد، بزرگ ترین خلیج دریای خزر است و بر اثر پیشروی و گسترش خاوری رشته ساحلی شبه جزیره میانكاله در جنوب خاوری دریای خزر تشكیل شده است. طول خلیج حدود 70 كیلومتر و در جهت باختری - خاوری و عرض آن بین 13 تا 14 كیلومتر است، اما كاملا برخلاف شبه جزیره میانكاله، از باختر به خاور به عرض خلیج افزوده می شود. خلیج گرگان كم عمق است، به طوری كه با در نظر گرفتن بالا آمدگی آب، حداكثر عمق آن به 4 متر می رسد و از باختر به خاور تا حوالی ضلع جنوبی آشوراده به عمق آب افزوده می شود. درجه شوری آب خلیج در قسمت های باختری به علت كمی عمق و افزایش تبخیر، قدری بیش تر از شوری آب دریای خزر است.در دهانه رودهای پر آبی مانند قره سو و گهر باران به علت ورود آب شیرین، از درجه شوری آب خلیج كاسته شده و برعكس به درجه گل آلودگی آن افزوده می شود. حدود 25 رود و نهر كوچک از دامنه شمالی البرز وارد خلیج گرگان می شوند و در كل مقدار آب ورودی خلیج (به استثنای ماه های آبان تا اسفند) كم تر از آب خروجی بوده و كمبود آب آن از طریق دریای خزر تامین می شود. این وضع سبب شده است كه یک جریان شدید و طولانی از دریا به خلیج و یک جریان ضعیف و كوتاه مدت از خلیج به دریا، از طریق تنگه بندر تركمن - آشوراده برقرار شود.
اكولوژی خلیج گرگان تحت تاثیر دریای خزر، رودهای مجاور و شبه جزیره میانكاله قرار گرفته که این تاثیر در رشد و تكثیر آبزیان، ماهیان استخوان دار و ماهیان غضروفی و جذب پرندگان مهاجر زمستانی نقش مهمی داشته است. از این رو می توان گفت كه شبه جزیره میانكاله و خلیج گرگان دو محیط زیستی و جغرافیایی جدایی ناپذیر هستند. اگرچه خلیج گرگان و شبه جزیره میانكاله به صورت یک محدوده زیستی حفاظت شده درآمده، اما صید بی رویه و بی موقع، افزایش واردات فضولات صنعتی، دامداری و كشاورزی لطمه زیادی به آن وارد می کنند و به علت اهمیت زیست محیطی این خلیج و لزوم بهره برداری بیش تر از منابع غذایی برای جمعیت فزاینده كشور، باید مورد تجدید نظر بیش تری قرار بگیرند.