Do sự có mặt của bán đảo hòn Gôm ở phía Đông Bắc, núi Tiên Du ở phía Nam cùng các bán đảo Hòn Khói, đảo Hòn Lớn, về mặt hình thái tổng thể vịnh Vân Phong thực tế được cấu tạo bởi 3 phần chính:
+ Phần vụng Bến Gỏi, độ sâu < 20m.
+ Phần chính vịnh Vân Phong, độ sâu 20 - 30m. + Phần vụng lạch Cổ Cò và Cửa Bé, độ sâu 15 - 20m.
- Địa hình đáy vụng Bến Gỏi tương đối đơn giản, chỉ những nơi có nền đáy cứng với san hô phát triển, đáy vụng bị chia cắt, gồ ghề lồi lõm. Độ sâu lớn nhất trong vụng đạt 18m. Đặc điểm nổi bật và khác biệt với các thành phần đáy khác là sự phân bố các đường đẳng sâu theo một khoảng cách tương đối đồng đều, chúng gần như song song với nhau và song song với đường bờ. Do sự có mặt của dãy đảo: hòn Bịp, hòn Mạo, hòn Được,... đáy vụng có thể chia làm 2 phần dưới dạng hai rãnh máng. Một từ bờ Tây ra dãy đảo và rãnh kia từ đáy đảo đến bờ phía Đông vụng. Đáy của các dãy này khá bằng phẳng, độ dốc lòng rãnh từ 0 - 5'. Hai bên bờ có độ dốc lớn hơn (5 - 10'). Nhìn tổng thể, đáy vịnh Bến Gỏi có độ sâu tăng dần từ bờ ra giữa vụng và từ đỉnh ra cửa vụng.
- Địa hình đáy của phần chính vịnh Vân Phong hoàn toàn khác với địa hình vụng Bến Gỏi. Hình thái đáy vịnh tương đối bằng phẳng tạo thành một máng lớn, lòng máng thoải (độ dốc 0 - 5') nghiêng dần về phía cửa vịnh. Nét đặc trưng của bờ mặt đáy vịnh được thể hiện rõ ràng trong sự phân bố các đường đẳng sâu và độ dốc đáy. Các đường đẳng sâu có dạng đường cong vòng vèo, uốn lượn phân bố không đều. Ở phía Đông vịnh các đường đẳng sâu có phần giãn ra, mức độ ngoằn ngèo, uốn lượn cũng tăng lên rõ rệt. Độ sâu lớn nhất trong khu vực vịnh Vân Phong dao động trong khoảng 20-30m. Nếu trong vụng Bến Gỏi độ sâu tăng dần từ Tây sang Đông thì trong vịnh Vân Phong độ sâu tăng dần từ đỉnh ra cửa. Do đặc điểm này cùng với hiện trạng bề mặt địa hình và độ dốc, làm cho sự giao lưu của khối nước thuộc vụng Bến Gỏi với biển khơi, chủ yếu qua lạch Cổ Cò và Cửa Bé.
- Địa hình lạch Cổ Cò, Cửa Bé là phần còn lại của đáy vịnh Vân Phong - Bến Gỏi, phần đáy này được tạo ra do sự có mặt của đảo Hòn Lớn và bán đảo Hòn Gôm. Địa hình đáy ở đây rất đơn giản, độ sâu tăng dần từ 2 bờ lạch ra giữa dòng. Trắc diện ngang hình chữ V với độ sâu lớn nhất đạt > 20m. Điểm nổi bật và là đặc trưng của địa hình phần này là sự kế thừa địa hình cổ không có khả năng xoá lấp theo thời gian. Nguyên sinh ở đây là một thung lũng kiến tạo hẹp, sâu bị biển tiếm tràn vào xâm chiếm đóng vai trò cấp thoát nước cho vụng Bến Gỏi. Vì vậy đáy lạch thường bị nạo vét, ít có khả năng tích tụ vật liệu mới.