Тихий океан имеет очень сложный рельеф дна. Шельф занимает небольшую площадь. У берегов Северной и Южной Америки его ширина не превышает десятков километров, а у берегов Евразии она измеряется сотнями километров. В периферийных частях океана расположены глубоководные желоба.
В Тихом океане размещены большинство глубоководных желобов Мирового океана (25 х 35, имеющие глубину более 5 км) и все четыре желоба глубиной более 10 км. Среди последних Марианский желоб с глубочайшим отметкой дна Мирового океана - 11022 м. Крупные поднятия, отдельные горы и хребты разделяют ложе океана на котловины. На юго-востоке расположен Схиднотихоокеанське поднятия, входящего в систему срединно-океанических хребтов.
Большая часть океана лежит на Тихоокеанской литосферной плиты, которая взаимодействует с соседними плитами. Именно с зонами взаимодействия связаны глубоководные желоба и островные дуги.
С системой глубоководных желобов и горных сооружений на материках и островах, окружающих океан, связан почти непрерывную цепь действующих вулканов, образующих Тихоокеанское "Огненное кольцо". В этой зоне часты наземные и подводные землетрясения, вызывающие волны цунами.