Do akwenu napływają od zachodu stosunkowo mniej zasolone wody pochodzenia atlantyckiego. Przemieszczając się ku wschodowi, ogrzewają się i zwiększają zasolenie wskutek parowania. W północnej części Morza Lewantyńskiego, zwłaszcza w rejonie cyklonicznego Wiru Rodyjskiego, w okresie zimowym dochodzi do ochładzania i mieszania wód oraz powstawania Lewantyńskiej Wody Pośredniej. Masa ta rozprzestrzenia się następnie na zachód na głębokości kilkuset metrów i stanowi ważny element cyrkulacji całego Morza Śródziemnego.
Największą rzeką uchodzącą do Morza Lewantyńskiego jest Nil. Po wybudowaniu Wysokiej Tamy Asuańskiej znacznie zmniejszyły się ilość wody i osadów docierających do wybrzeża, a naturalny sezonowy rytm przepływów rzeki uległ zmianie. Do morza uchodzą również krótsze cieki z południowej Turcji i wybrzeża Lewantu, jednak ich łączny dopływ jest niewielki w porównaniu ze stratami wody powodowanymi przez parowanie.
Środowisko przyrodnicze Morze Lewantyńskie należy do najbardziej ubogich w substancje odżywcze części Morza Śródziemnego. Niska dostępność związków azotu i fosforu ogranicza rozwój fitoplanktonu, dlatego akwen charakteryzuje się niewielką produkcją biologiczną i dużą przejrzystością wód.