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瀬戸内海は複数の海域で構成されている。

『領海及び接続水域に関する法律』では東側から順に次に掲げる10区分された海域で構成されている。
紀伊水道

大阪湾

播磨灘

備讃瀬戸

備後灘

燧灘

安芸灘

広島湾

伊予灘

周防灘

『瀬戸内海環境保全特別措置法』では前記10区分に次に示す海域を加えた計12区分で構成される。
豊後水道北部

響灘

上記の12区分された個々の海域の境界は「瀬戸内海環境保全臨時措置法第13条第1項の埋立についての規定の運用に関する基本方針について」（昭和49年6月18日環水規127号環境事務次官通達）に示されている[8]。
生物相

天然記念物である節足動物のカブトガニ、小型鯨類のスナメリやハセイルカ[注釈 10]などの海洋生物や、アユを含む400-500種類を超す魚類が生息している。天然記念物に指定されている種類も多く見られ、前述のカブトガニのほか広島県三原市有竜島はナメクジウオの生息地として、また、同県竹原市高崎町阿波島周辺は「スナメリクジラ回遊海面」として1930年に登録されている。また、陸生動物ではあるがニホンジカやニホンイノシシが瀬戸内海を泳いで縦横断する光景は古来より見られてきた。

ナメクジウオは海砂の採取事業が盛んになった昭和30年代から大幅な減少を見せ、昭和60年頃には姿が確認されなかった。しかし、1990年代に再発見され、保護策の向上故か順調な自然回復が見られ始めている[9]。

阿波島はスナメリ自体よりも、スナメリを利用したスズキの伝統漁法が天然記念物の指定対象となっており、国内唯一の鯨類関連の指定例である[注釈 11]。なお、2015年の時点では、当漁法はスナメリの生息数減少故に廃止されている。スナメリは瀬戸内海全域にて大幅な減少が見られたが、近年には周防灘や伊予灘等で群れが確認されたり、大阪湾の関西国際空港周辺で個体数の増加が見られている[注釈 12]。また、岡山県の前島[11]、防予諸島[12]、下関市の三軒屋海岸[13]、北九州市の藍島[14]では、本種の保護やイルカウォッチングが施行されている。

鳥類では特にカンムリウミスズメが注目されており、長島をはじめ現在でも比較的広範囲にて確認できる。

豊富なアマモも本来の瀬戸内海の生態系の重要な一部であり、1960年代に20,000ヘクタールを超す群生域（藻場）が当海域に広く見られたが、1978年の時点では7,000ヘクタール程度に減少。環境汚染など様々な要因により、その後の顕著な増加は見られない[15]。近年、各地で藻場復元の動きがあるほか、芸予諸島には比較的良好な分布が残されている。

2015年1月には、新種であり固有種のカタツムリ「アキラマイマイ」が発見されている[16]。

ヤシマイシン近似種[17]やセトウチイトカケ[18]など貴重な貝類も確認されており、特筆すべき事例として長島で発見されて新種として認定され、他に確認例も存在しないナガシマツボが存在する[19]。

ホンヤドカリの仲間であるエタジマホンヤドカリも、広島湾の江田島で発見され新種として認定されている[20]。

防予諸島には、世界最大級のニホンアワサンゴの群生地が存在するとされている[21]。


スナメリ

ハセイルカ

カンムリウミスズメ