琉球海沟位于琉球岛弧的东侧，从日本九州延伸到台湾，全长约 1000 公里。海沟南段较深，自琉球到台湾水深超过6000 米，最大深度7507 米，位于琉球附近。北段琉球到九州水深约4000 米。琉球海沟是欧亚板块与菲律宾海板块之间的边界，海沟西坡是大陆性质的琉球岛弧，东坡是大洋性质的菲律宾海地壳。

琉球海沟位于琉球岛弧的东侧，从日本九州延伸到台湾，全长约1000公里。海沟南段较深，自琉球到台湾水深超过6000米，最大深度（7507米）位于琉球附近。北段琉球到九州水深约4000米。

琉球海沟是欧亚板块与菲律宾海板块之间的边界。海沟的北段（126°E以东）是NE走向，南段（126E°与123°E之间）海沟走向变为EW向，在123°E与台湾之间的西南端变为NWW-SEE走向。在北段，沿海沟向西俯冲到琉球岛弧下面，海沟向东突出呈弧形。在南段，菲律宾海板块向北俯冲到琉球岛弧下面，海沟向南突出呈弧形。琉球岛弧的西边是活动的弧后盆地—琉球海槽，它的走向与岛弧和海沟平行，长度稍短，主要在岛弧的西南段附近。再向北西，是大陆边缘海—中国东海。

20世纪80年代，曾在琉球海沟的中部和北部进行了地球物理探测，地震剖面穿过海沟到达琉球群岛。分析结果表明，海沟的中部与北部的地貌和地壳结构不同。在中部靠近大琉球岛附近，海沟的横剖面表现为缓倾角的V字形，海沟与大琉球岛之间是很厚的沉积楔，它由四层组成，最大厚度在靠近岛弧一侧的陆坡，厚度约10公里。沉积物下是向西倾斜的洋壳，洋壳基底的形态平缓，起伏不大。在北部，海沟沉积楔的最大厚度达12公里，剖面上的层面倾角比较陡，俯冲洋壳的倾角也比较大，基底形态变化强烈，起伏很大。

海沟的西坡是大陆性质的琉球岛弧外带（非火山带），它由古生代基底岩石（年龄174～195Ma）和上覆的新生代沉积构成，具有较低的布格重力异常，最低值20mGal。海沟的东坡是菲律宾海板块地壳，年龄50～60Ma，具有超过300mGal的布格重力异常，而且梯度很大。因此，琉球海沟是大陆与大洋板块的会聚边界的地壳最上层的构造形态，年轻的大洋板沿海沟向较老的大陆下面俯冲。

琉球海沟及其西侧附近地区的地震活动性较强，最大震级一般为5～6级。震源深度分布表明，沿琉球海沟的板块俯冲最大深度不超过300公里，比日本海沟和马利亚纳海沟浅，那里的最大震源深度达600～700公里。但地震层析成像研究认为，沿琉球海沟菲律宾海板块可能也俯冲到600～700公里深度。

从震源分布看，以29°N附近的吐噶喇海峡为界，北边俯冲板的弯曲明显，深部俯冲角约为70°；而南边的俯冲板显得较平直，深部俯冲角55°，比北边小。海沟的四个地震的断层面解都是正断层型，主张应力T轴近于水平，倾角5°E～18°，方位NW向，与海沟走向垂直，表明琉球海沟的浅部受NW-SE向拉张力作用。而在海沟西侧的琉球岛弧，地震断层面解是逆断层或走滑断层型，主压应力P轴的优势方向为NW-SE向，表明岛弧（126°E以东，NE走向部分）受NW-SE向的的挤压力作用。垂直于琉球海沟中部（25°～29°N）剖面的主应力轴分布表明，除海沟外，俯冲板内几乎都是挤压变形，而琉球海槽的浅源地震都是拉张变形。

在琉球海沟的西南段（126°E以西，24°N附近）即台湾以东地区，海沟北侧弧前盆地的地震断层面解都是低角度逆断层型，表明菲律宾海板块沿海沟向北俯冲。在北面的岛弧附近，地震机制仍是南北向挤压，再往北到琉球海槽，地震机制解变成南北向拉张的正断层型。

海沟后退，是指与俯冲板运动方向相反的移动。对于琉球海沟，是向东南或南方向的移动。根据海底探测和岛弧陆地地质调查等资料分析，现在认为琉球海沟、琉球岛弧和琉球海槽是一个统一的活动构造系统，海槽的扩张、岛弧的隆升和海沟的后退都是在上新世末（2Ma前）开始的，区域构造研究估计海沟的后退速率为3～4厘米/a，而根据在热点参考系中板块绝对运动量的分析，估计琉球海沟的平均后退速率大约是2厘米/a。

琉球岛弧的陆上地质特征提供了岛弧与海沟向东后退的证据。岛弧上有5条与走向平行的构造带，东边最靠近海沟的是熊毛带（下第三系，含复理石），向西依次是岛尻带（中新统-上新统），国头带（含白垩纪化石），本部带（含二叠系中上部化石）和石垣带（二叠系以前）。除熊毛带以外，由西向东，岩层越来越年轻，因此可推测岛弧和海沟曾向东移动，不断产生新的凹陷空间形成较年轻的沉积。

1994～1995年的GPS观测曾显示，琉球岛弧的西南段相对于中国上海在向南移动，速率为1.1～4.0厘米/a，东边较小，西边靠近台湾处较大。1995～1998年的在琉球岛弧上3个地点的GPS测量结果可代表整个岛弧的运动状态，相对于欧亚大陆它仍在向东南方向移动。在总体上，岛弧/海沟的中部和北部是向东南方向移动，岛弧/海沟的南部则主要是向南移动。