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Der Wörthersee ist 19,39 km² groß und erstreckt sich in Ost-West-Richtung über 16,5 km.^[1]. Er liegt in einer Senke in der Hügellandschaft des Klagenfurter Beckens, die zu einem großen Teil von Gletschern in der Eiszeit geformt wurde. Die Seewanne reicht von der Veldener Bucht bis nach Klagenfurt. Das Einzugsgebiet des Wörthersees umfasst eine Fläche von 162,1 km².

Der See ist durch Inseln, Halbinseln und unterseeische Schwellen in drei Becken gegliedert. Das westliche Becken reicht von Velden bis Pörtschach, das mittlere von Pörtschach bis Maria Wörth, und das östliche erstreckt sich von Maria Wörth bis Klagenfurt. Der tiefste Punkt des Wörthersees liegt in 85,2 m, die mittlere Tiefe beträgt 41,9 m.

Der Wörthersee wird von einer Vielzahl von kleineren Bächen gespeist, der mit einer mittleren Wasserführung von 0,63 m³/s größte darunter ist der Reifnitzbach. Der im Osten des Sees gelegene Abfluss (Glanfurt/Sattnitz) entwässert den See über die Glan und Gurk in die Drau.

Aufgrund der windgeschützten Lage und der geringen Durchflutung kann die obere Wasserschicht (Epilimnion), die in bis zu 8 Metern Tiefe reicht, Temperaturen bis über 25 °C erreichen, am Ufer steigen die Temperaturen zeitweise noch deutlich höher an. Bis Ende Juni hat der See über 20 °C erreicht, die Abkühlung unter diese Temperatur erfolgt erst im Laufe des Monats September. Die Eislegung beginnt Mitte bis Ende Jänner, der Eisbruch erfolgt Anfang bis Mitte März. Eine geschlossene Eisdecke bildet sich nur in extrem kalten Wintern. Zuletzt fror der Wörthersee im Februar 2006 komplett zu und konnte auf einer Bahnlänge von ca. 15 km mit Schlittschuhen befahren werden.

Im mittleren Seeteil zwischen Maria Wörth und Pörtschach gab es ursprünglich drei Inseln, von denen eine wie Maria-Loretto in der Ostbucht durch Absenkung des Wasserspiegels um 1770^[2] zur Halbinsel von Maria Wörth wurde, wodurch die zuvor bestehende Brücke überflüssig wurde. Die beiden anderen sind die Kapuzinerinsel bei Unterdellach und die Schlangeninsel, die ihren Namen zwar nicht von dort lebenden Schlangen, sondern ihrer Gestalt wegen erhalten hatte, jedoch als Bestandteil des Pörtschacher Strandbades vor einigen Jahren gastfreundlicher zur „Blumeninsel“ umbenannt wurde.