帝汶海（Timor Sea）是印度洋的一个分支海域，位于帝汶岛东南、澳大利亚西北。它西邻印度洋，东接阿拉弗拉海，南北宽约480公里，面积约615,000平方公里，体积25万立方千米。帝汶海最深处位于北部的帝汶海沟，超过3,300米。然而，1/2以上海域的深度小于200米。

帝汶海是重要的石油产区，蕴藏着丰富的油气资源。为了开发当地的油气资源，澳大利亚曾与印度尼西亚和东帝汶签订《帝汶海沟条约》（已被废止）和《帝汶海条约》，规范各方的开采活动。然而，2009年的石油泄漏使这片海域受到污染，影响可能持续25年。此外，帝汶海还是印尼苏拉威西省望加锡人的采集海参之地。

帝汶海是重要的油田区，萨赫尔(Sahul)大陆架和澳大利亚西北岸外均已采油。

沟通印度洋和太平洋的海域。位于帝汶岛和澳大利亚西北部之间。西连印度洋，东接阿拉弗拉海。

海域南浅北深，北部水深大于200米，并有一条深达2000米的帝汶海槽，略呈东北－西南走向。海中央有波拿巴盆地，海盆东北有一狭谷与帝汶海槽相连，帝汶海槽东北部最深处为3200米。海区平均水深406米。海域南部的澳大利亚大陆架约占海域面积2/3，称为萨赫尔陆棚，宽300米以上，深100米以内分布有8个浅滩，巴瑟斯特岛西北方向180千米范围内也有大片浅于30米的浅海区。

北部各岛多山地，常有强地震，多沉积岩岸，注入河流短小流急除罗地岛岸边有珊瑚礁外，其他岛屿海岸陡峭，岸边坡陡水深，10千米内就降至200多米。澳大利亚沿岸为下沉海岸，岸线异常曲折，多海湾。较大的海湾有约瑟夫．波拿巴湾、比格尔湾。注入的河流有奥德河、维多利亚河、德利河，均约瑟夫．波拿巴湾入海。沿岸岛屿众多，较大的岛屿有东侧的梅尔维尔岛和巴瑟斯特岛，岸边多珊瑚礁。

海中央有博拿巴盆地，海盆东北有一狭谷与帝汶海槽相连，帝汶槽东北部最深处为3200米。海区平均水深406米。海域南部的澳大利亚大陆架，称为萨赫尔陆棚，宽300米以上，深100米以内。

大陆架潮汐高度一般2米以上，最高达9米，达尔文附近潮高6米。

海区属热带季风气候，气温、降水随盛行风的改变而有变化，年降水量2000～2500毫米。海流方向随季风交替而改变。东南季风盛行时，海流流向西（西南）方。它是主要海流方向，称帝汶海流。西北季风盛行时，海流由西向东流。

尽管有季节性的东南和西北季风，但在全年出现的主要是流向西南的帝汶洋流，流速每小时0.8～1.6公里(0.5哩～1哩)。

据中国地震台网测定，北京时间2007年5月6日03时06分34.6秒在帝汶海（南纬7.4，东经128.55）发生4.9级地震。

摄影师在帝汶海拍到飞鱼科在水面游走奇景

2010年5月19日消息，摄影师卢瑟-拜利(Luther Bailey)有幸在帝汶海拍到了一只飞鱼在水面上游走的画面。而飞鱼所过之处泛起的涟漪犹如一道拉链。