Det dypeste punktet er på 617 meter ved Agdenes og med omkringliggende fjelltopper på 600 meters høyde utgjør det et relieff på 1200 meter. Mellom Agdenes og Røberg i Stadsbygd er fjorden 3–4 km bred og fjordsidene under vann bratt mens fjordbunnen på rundt 500 meters dyp er en relativt jevn slette dannet av slam og leir. Mellom Trondheim og Vanvikan består bunnen av et variert ravinelandskap med leveforhold for mange fisker og dyr. Mellom Tautra og Tangen i Leskvik er det relativt grunn terskel (Tauterryggen) på rundt 40–60 meters dyp dannet av en morenerygg; innenfor terskelen er fjorden flere hundre meter dyp. Midt i fjorden mellom Trondheim og Seter er det en stor grunne, Midtfjordsgrunna, med en topp på 7–8 meters dyp kalt Storgrunna og markert med et sjømerke. En undersøkelse i 1983 viste at dypvannsmassene i fjordens hovedbasseng ble skiftet ut ved innstrømming av vannmasser om vinteren og høsten.