海沟（trench）是位于海洋中的两壁较陡、狭长的、水深大于5000m（如毛里求斯海沟5564m）的沟槽，是海底最深的地方，最大水深可达到10000米以上（马里亚纳海沟11034m）。
对于海沟的定义，科学家有许多不同的观点。有人认为，水深超过6000米的长条形洼地都可以叫做海沟。另一些人则认为真正的海沟应该与火山弧相伴而生。世界大洋约有30条海沟，其中主要的有17条。属于太平洋的就有14条。
在地质学上，海沟的产生被认为是海洋板块和大陆板块相互作用的结果。密度较大的海洋板块以30度上下的角度插到大陆板块的下面，两个板块相互摩擦，形成长长的“V“字型凹陷地带。另外，科学家还认识到所有的海沟都与地震有关。环太平洋的地震带都发生在海沟附近。这是因为海沟区的重力值比正常值要低，它意味着海沟下面的岩石圈被迫在巨大的压力作用下向下沉降。
海沟常呈弧形或直线形展布，长500～4500公里，宽40～120公里，水深多为6～11公里。大多数海沟有不对称的V字形横剖面。其洋侧坡(也称外壁)较缓，陆侧坡（也称内壁）较陡；沟坡的上部较缓，下部较陡，平均坡度为5°～7°。但汤加海沟的沟坡坡度可达45°。海沟斜坡地形复杂，切割强烈，多见峡谷、台阶、堤坝和洼地等。沟底可被沉积物填充成不宽的平底。沟底的沉积物不厚，大多不超过1公里，有红粘土和硅质沉积，也有来自相邻大陆或岛弧的浊流沉积和滑塌沉积。海沟与洋盆之间，常有宽缓的海底高地，随海沟走向延伸，这种高地高出洋盆底部300～500米，称为外缘隆起。外缘隆起靠海沟一侧坡度较陡，靠洋盆一侧坡度较缓。
海沟分布在活动大陆边缘，主要见于环太平洋地区。在太平洋西部，海沟与岛弧平行排列；在太平洋东缘，海沟与陆缘火山弧相伴随。大西洋和印度洋也有少数海沟。环太平洋的地震带也都位于海沟附近。海沟与岛弧紧密共生构成统一的弧沟系。大多数海沟位于岛弧向洋一侧；也有少数海沟见于岛弧陆侧的边缘盆地中，如南海东缘的马尼拉海沟、所罗门海的新不列颠海沟和珊瑚海的新赫布里底海沟等。这些海沟除长度较小外，其他形态特点与一般海沟无异。
世纪20～30年代，荷兰学者F.A.芬宁·梅因纳斯首先发现海沟是重力负异常带。自由空间异常与均衡异常最低值位于海沟轴部或略偏陆侧。自由空间异常低达-200毫伽以下，显示出海沟地区的地壳均衡状态遭到剧烈破坏。负重力异常表明：在均衡调整作用下，该带具有上浮而使海沟地形消失的趋势。但板块的俯冲沉潜作用与均衡上浮力相对抗，使深邃的海沟地形得以维持。俯冲作用使海底岩石圈下陷，并代之以增厚的水层，必然会导致重力值降低。故负重力异常的存在也为俯冲作用的存在提供了佐证。外缘隆起则伴有不大的重力正异常。有的海沟未发现磁异常，或仅有微弱的正或负的磁异常。有的海沟（如阿留申海沟和日本海沟）已发现条带状磁异常与海沟轴斜交，条带状磁异常越过海沟轴，延伸入海沟内壁下数十公里，其异常幅度向陆侧逐渐降低。这可能是大洋板块向陆侧俯冲的反映。
海沟是冷板块的下潜处，其热流值可低至1微卡/(厘米2·秒)以下。由于岩石的热导率极低，俯冲的速度却较快，下插板块的温度就比同深度的地幔的温度低得多，海沟及海沟内壁附近出现很低的地温梯度和热流值，所以海沟本身缺乏火山活动，海沟深部可出现高压低温变质作用。而海沟向火山弧的方向，热流值却显著升高。