沃斯托克湖位在南极洲的东部，长约为250公里，宽约为50公里(在最长的点上)，大约和五大湖中安大略湖的大小相等。沃斯托克湖被一个山脊分成两个主要的盆地构造，该山脊的深度约为200米。而两个盆地中，北方的盆地约深400米，南方的盆地约深800米。因为被沃斯托克湖分为两个盆地构造，所以科学家们认为，这两个独立生态系的化学、生物因子应该都不太相同。沃斯托克湖面积15,690平方公里。估计的湖水体积约为5400立方公里，且皆为未冻结的淡水。2005年5月，科学家在湖的中央发现了一座岛屿。
沃斯托克湖的平均水温为-3℃。使水在其凝固点以下还能以液态存在的原因，认为是三种因素共同作用造成：
1、来自地心的热力使湖底的温度上升，进而使水维持液态
2、厚重冰层造成的巨大压力使水的凝固点下降
3、厚实的冰层使湖水与南极地表寒冷的空气隔离
地球上没有任何地方有浓度如此之高的氧气。任何在此生活的生物必须要有应付高氧气浓度的能力。它们必须演化出特殊的构造，像是特殊的酵素，确保它们不被高浓度氧气影响。
沃斯托克湖的环境与木星的其中一个卫星，木卫二非常相似。假若能在沃斯托克湖中发现生物的存在，或许能够为“木卫二冰层下的海洋中是否存在生命”的争论提供有力的证据。
沃斯托克湖是一个贫养的(缺少养分的)极端环境。湖水为氧气的过饱和溶液，浓度约为一般淡水湖泊的50倍。造成这个现象的原因极有可能是沃斯托克湖上方的沉重冰冠造成的压力。氧气及其他气体不只溶解在水中，还形成晶笼(clathrate)。晶笼是指溶于水中的气体分子，在水结冰时，被二十几个水分子所围成之正十二面体关起来的晶体结构。晶笼结构的外表看起来就像是冰块一般。这种晶笼只在高压环境，例如沃斯托克湖或深海形成，在一般压力下是不稳定的。因为这样，当水从沃斯托克湖被释放出来时，可能会像摇过的汽水一样喷出。
1960年，俄国地理学家安德里．卡皮查飞越沃斯托克地区上空，发现冰原上有一个巨大的平坦地区。他认为冰川下有一个湖。但这个看法在当时没有引起人们的重视。
在1996年，俄罗斯和英国的科学家借由许多资料的分析，发现了这个湖的存在。这些资料包括了透冰雷达、镭射高度计及重力测量仪。科学家已证实，沃斯托克湖拥有大量的液态水，尽管这些水被封存在厚实的冰冠之下。因此沃斯托克湖有可能是地球上水量变动最小的湖泊。它所拥有的水非常古老，大约在一百万年前形成。
在沃斯托克研究站的研究者们，在1998年挖出了世界上最长的冰核(即冰的核心，其中的气泡能够纪录过去此地区的大气组成)。俄国及美国的研究团队钻入3623米深。检验发现，冰核最底部约有420,000年的历史。这表示沃斯托克湖至少五十万年前就已经被封在冰层之下了。为避免可能的污染，钻探作业在距离湖120米处停止，且钻探的孔也被封住。
在这个冰核中，尤其是核心底部冻结的湖水，找到了微生物活动的证据。这使科学家认为沃斯托克湖这类的环境仍能有生命存在。沃斯托克湖是个非常独特的栖息地，栖息在此的可能包括古菌及五十万年前演化出的微生物。
在2005年，一个由德国、日本及俄罗斯科学家组成的研究小组发现，沃斯托克湖有潮汐现象。随着太阳及月亮相对位置的改变，湖水表面有1-2厘米的升降。这些研究者推测，湖水表面的运动就像帮浦一样，使整个湖泊的水循环运动。倘若湖中有微生物存在，这对它们的生存有相当大的帮助，因为湖中的物质可借由这种运动循环。
2006年1月，由美国哥伦比亚大学科学家罗宾·贝尔领导的研究小组，利用最新的卫星影像、测高与透冰雷达资料，首次估算出它们的大小及深度，结果发表在2月份的《地球物理研究通讯》上。这两个湖被命名为90°E湖及苏维埃湖(Lake Sovetskaya)。这两个湖被埋在约4000米厚的冰层下，90°E湖面积约为2000平方公里，面积略等于台北县；苏维埃湖略小、约1600平方公里。
科学家认为，南极的各个地下水体可能由活水河流网连接在一起。冰河学家邓肯·温纳姆(Duncan Wingham，来自伦敦大学学院)及马丁·斯格特(Martin Siegert，来自布里斯托大学)在2006年的《自然》上发表了一篇文章说明了这个理论。他们代表伦敦大学自然环境研究委员会极地观测与模拟中心进行这项观测。他们使用欧洲航天局的ERS-2卫星，以雷达对南极东部进行观察，结果发现一些相隔数百公里的场所，其表面高度变化是相同的，这使他们相信该处有水的运动存在。科学家相信在各河流间经常会发生水的流动，相当于泰晤士河的规模。在绝大多数时间这个流量非常小，但因为冰层厚度的变化进而使湖泊的压力改变。当一个湖泊的压力过大时便会发生洪水，迫使一个湖泊的湖水沿着河道流向另一个湖泊。
2012年1月3日，《自然》杂志对2012年的重要科学发现及事件进行了展望，俄罗斯研究人员希望能够完成对南极洲冰原10到50米的冰层钻探，从而可以接触到沃斯托克湖进行科学研究。
2012年2月，经过长达20年的努力，俄罗斯科学家最终钻透近4000米的南极冰层，抵达已经被埋入冰层下2000万年之久的沃斯托克湖。美国蒙大拿州大学生物学家、资深南极研究员约翰·普利斯库教授表示，他认为能够在湖中发现奇特生物。
2012年3月1日，俄罗斯南极科考人员在南极中山站举行的学术交流会后表示，俄罗斯已经取得沃斯托克湖的部分水样，将通过分析研究，进一步了解该湖泊水质、湖水中是否存在生命形态等。
俄罗斯的科学家进行沃斯托克湖的钻探计划，在2007年可以钻透3600米左右的冰层，并取得湖水进行分析。
关于南极冰层下冰川下湖泊的存在是上个世纪70年代通过机载雷达探通技术预测出的，而较大的冰川－－兰伯特冰川下的沃斯托克湖到1996年才发现。迄今，已经发现的冰川下湖泊不少于70个。这些湖泊在保护与大气层隔绝数百万年的原始环境方面可能起着独特的作用。一项令人吃惊的发现表明，沃斯托克湖冰芯含有由冰川下的水冷却而形成的很多米长的冰.世界温度较低地方,1983年7月21日，在南极洲的沃斯托克记录下低温摄氏零下89.2度。那比正常室温低100度！这个至少三千万年历史的湖泊是太阳系其它星球的冰封海洋的一个样品，有科学家认为沃斯托克湖可能拥有一些从未发现过的生命形式，但科学界现时的看法是﹐由于沃斯托克湖过于远离面层影响﹐除了最原始的微生物之外﹐不可能有其它东西。
