Menurut ahli geologi dari Museum Geologi Bandung, Indyo Pratomo, Danau Toba yang terbentuk dari letusan gunung api raksasa di masa lalu ini merupakan danau vulkanik terbesar di dunia dengan luas sekitar 1.130 kilometer (km) persegi dan menampung sekitar 256,2 km kubik air.
Kedalaman maksimum danau ini adalah 508 meter (m)–yang menjadikannya sebagai danau terdalam ke-9 di dunia–terdapat di cekungan utara, sedangkan di cekungan selatan kedalaman maksimumnya mencapai 420 m. Kedalaman rata-ratanya adalah 228 m.
Dengan volume air sebesar itu, danau ini merupakan cadangan air tawar terbesar di Indonesia. Suplai air ke danau berasal dari beberapa sungai yang kebanyakan masuk dalam bentuk air terjun. Adapun aliran keluar (outlet) hanya melalui air terjun di hulu Sungai Asahan yang kemudian mengalir ke perairan Selat Malaka.