Основным источником воды для Унтерзее служат сезонные талые воды, стекающие с ледника Анучина, расположенного в горах Отто-фон-Грубер-Гебирге. Несмотря на среднегодовую температуру около –10 °C, озеро остается замерзшим круглый год, покрытое несколькими метрами льда. Солнечные лучи, проникая сквозь лёд, незначительно прогревают воду, но испарение и сублимация с ледяной поверхности предотвращают её таяние. Максимальная глубина Унтерзее достигает почти 170 метров.

Уникальность озера заключается также в наличии крупных конических строматолитов — слоистых микробных структур, формируемых цианобактериями. Эти организмы улавливают осадок и образуют минеральные корки, выделяя при фотосинтезе кислород, который накапливается под ледяным щитом.

Учёные рассматривают Унтерзее как возможный аналог условий для зарождения жизни на ледяных спутниках планет-гигантов (Европа, Энцелад) или на Марсе.

Несмотря на кажущуюся стабильность, озеро подвержено резким изменениям. В 2019 году было отмечено повышение уровня воды, вызванное прорывным паводком из соседнего озера Оберзе. Спутниковые данные подтвердили поступление около 17,5 миллиона кубических метров талой воды, что повлияло на pH и содержание углекислого газа в Унтерзее, вероятно, стимулировав микробную активность.

Такие наводнения могут служить «биологическим стимулом» для других антарктических экосистем и, возможно, для аналогичных ледяных образований на Марсе.

Учёные зафиксировали рекордный рост атмосферных волн над Антарктидой.