Η λίμνη Βαϊκάλη γεμίζει μια αρχαία ρηξιγενή κοιλάδα, όπως ακριβώς η λίμνη Τανγκανίκα στην Ανατολική Αφρική.
Στη ρηξιγενή ζώνη της Βαϊκάλης, ο φλοιός της Γης διαχωρίζεται. Είναι η βαθύτερη λίμνη στον κόσμο με βάθος 1.642 μέτρα. Ο πυθμένας της λίμνης βρίσκεται 1.186,5 m (3.893 ft) κάτω από το επίπεδο της θάλασσας, αλλά κάτω από αυτό βρίσκονται περίπου 7 km (4,3 mi) ιζήματος. Αυτό σημαίνει ότι ο πυθμένας του ρήγματος βρίσκεται 8-11 km (5,0-6,8 mi) κάτω από την επιφάνεια: το βαθύτερο ηπειρωτικό ρήγμα στη Γη.
Από γεωλογική άποψη, το ρήγμα είναι νέο και ενεργό - διευρύνεται περίπου δύο εκατοστά ανά έτος. Η ζώνη του ρήγματος είναι επίσης σεισμικά ενεργή- υπάρχουν θερμές πηγές στην περιοχή και αξιοσημείωτοι σεισμοί κάθε λίγα χρόνια.
Η ηλικία της Βαϊκάλης είναι 25-30 εκατομμύρια χρόνια: είναι μια από τις παλαιότερες λίμνες. Είναι μοναδική μεταξύ των μεγάλων λιμνών υψηλού γεωγραφικού πλάτους, επειδή τα ιζήματά της δεν έχουν αποσαθρωθεί από τα υπερκείμενα ηπειρωτικά στρώματα πάγου. Αμερικανικές και ρωσικές μελέτες πυρήνων ιζημάτων τη δεκαετία του 1990 έδωσαν λεπτομερή στοιχεία για τις κλιματικές μεταβολές των τελευταίων 250.000 ετών. Σύντομα αναμένονται μακρύτεροι και βαθύτεροι πυρήνες ιζημάτων. Η λίμνη Βαϊκάλη είναι η μόνη περιορισμένη λίμνη γλυκού νερού στην οποία υπάρχουν ενδείξεις για υδρίτες αερίου.
Η λίμνη περιβάλλεται πλήρως από βουνά. Τα βουνά της Βαϊκάλης στη βόρεια ακτή και η τάιγκα προστατεύονται ως εθνικό πάρκο. Έχει 27 νησιά- το μεγαλύτερο, το Olkhon, έχει μήκος 72 χλμ. και είναι το τρίτο μεγαλύτερο νησί στον κόσμο που συνδέεται με τη λίμνη. Η λίμνη τροφοδοτείται από 330 ποτάμια που εισρέουν. Αποστραγγίζεται από μία και μόνη έξοδο, τον ποταμό Ανγκάρα.
Παρά το μεγάλο βάθος της, τα νερά της λίμνης είναι καλά αναμεμειγμένα και καλά οξυγονωμένα σε όλη τη στήλη του νερού, σε σύγκριση με τη διαστρωμάτωση που παρατηρείται σε υδάτινα σώματα όπως η λίμνη Τανγκανίκα και η Μαύρη Θάλασσα.
