Un'altra prova del fatto che il bacino del Mediterraneo sia una zona tettonicamente attiva è data dall'elevata sismicità di alcune sue regioni, in particolare gran parte della penisola italiana, di quella balcanica, di quella anatolica, e del Levante, nonché delle isole vicine (Sicilia, Creta e isole egee, Cipro). In tali regioni si sono verificati alcuni dei terremoti più disastrosi della storia, come quello di Antiochia del 526 o quello del Val di Noto del 1693. Tale sismicità espone le coste mediterranee anche al rischio di maremoti: alcuni fra i più significativi si verificarono ad esempio in occasione del terremoto di Creta del 365 (il cui tsunami arrivò a devastare Alessandria), o in quello di Messina del 1908 (probabilmente la più grave catastrofe naturale ad aver colpito l'Europa in tempi storici). Maremoti possono verificarsi anche in seguito ad attività vulcanica, come nel caso dell'eruzione del vulcano sottomarino Kolumbo (nei pressi di Santorini) nel 1649.