thumb|right|Kart over Trondheimsfjorden, klikk for forstørrelse Trondheimsfjorden er Norges tredje lengste fjord med sine 126 km fra Agdenes i Orkland kommune til Hjellbotn i Steinkjer kommune. Fjorden ligger i Trøndelag og strekker seg fra Ørland, sørøstover mot Trondheim, og derfra mot nordøst til Steinkjer. Det dypeste punktet er på 617 meter ved Agdenes. Fjorden har flere terskler som avgrenser naturlige bassenger. Fjorden er forgrenet med flere smale forbindelser mellom de ulike delene. På skråninger og i brede daler rundt fjorden er det rikt jordbruksland. Ytterøya er største øy i fjorden. Trondheimsfjorden har et samlet vannvolum på 235 km3. Gjennomsnittsdybden er 165 meter og vannoverflaten har et areal på 1420 km2.
Omtrent 70 % av befolkningen i Trøndelag bor ved fjorden. Fjorden var lenge den viktigste ferdselsåren i regionen, noe som gjenspeilet seg i den tidligere kommuneinndelingen. Deler av tidligere Agdenes kommune var lenge knyttet til hver sin av i alt tre kommuner på nordsiden av fjorden: Den opprinnelige Agdenes med Ørland; Lensvik med Rissa; og Ingdalen med Stadsbygd.
Biskop Johan Ernst Gunnerus gjorde fra 1758 naturhistoriske studier av fjorden og Gerhard Schøning drev omtrent på samme arkeologiske studier rundt fjorden. Studentoppgaver, doktorgradsavhandlinger og miljøundersøkelser har bidratt med kunnskap om fjorden. Gunnerus og vitenskapsselskapet i Trondheim innledet på 1700-tallet den marinbiologiske forskningen i Norge særlig med studier av Trondheimsfjorden. Trondhjem biologiske stasjon ble etablert i Heggdalen i 1900.
Distriktene omkring den indre delen av fjorden (omtrent nord for Stjørdal) kalles tradisjonelt Innherred (eller Innherad) også kalt Inntrøndelag, og de ytre områdene hørte til Uttrøndelag (omtrent det tidligere fylket Sør-Trøndelag). Grensene mellom disse områdene er ikke entydig.
Navn Navnet Trondheimsfjorden skriver seg trolig fra Trondheimen som var det eldre navnet på området, og ikke fra det yngre bynavnet. Fjorden omtales med dette navnet i blant annet Snorre Sturlasons saga om Harald Hardråde. Leddet -fjord henger sammen med verbet fare og kan bety innfart eller gjennomfart. Trondheimsfjorden som helhet omfatter strekninger eller delområder med egne navn. Beitstadfjorden omtales dels som en egen fjord.
Geografi og geologi Det dypeste punktet er på 617 meter ved Agdenes og med omkringliggende fjelltopper på 600 meters høyde utgjør det et relieff på 1200 meter. Mellom Agdenes og Røberg i Stadsbygd er fjorden 3–4 km bred og fjordsidene under vann bratt mens fjordbunnen på rundt 500 meters dyp er en relativt jevn slette dannet av slam og leir. Mellom Trondheim og Vanvikan består bunnen av et variert ravinelandskap med leveforhold for mange fisker og dyr. Mellom Tautra og Tangen i Leskvik er det relativt grunn terskel (Tauterryggen) på rundt 40–60 meters dyp dannet av en morenerygg; innenfor terskelen er fjorden flere hundre meter dyp. Midt i fjorden mellom Trondheim og Seter er det en stor grunne, Midtfjordsgrunna, med en topp på 7–8 meters dyp kalt Storgrunna og markert med et sjømerke. En undersøkelse i 1983 viste at dypvannsmassene i fjordens hovedbasseng ble skiftet ut ved innstrømming av vannmasser om vinteren og høsten.
Trondheimsfjorden har fire hovedterskler. Hovedtersklene er så dype at de generelt ikke hindrer god vannutveksling. Den ytterste danner relativt grunn områder ved Leksa og Storfosna og mellom Hitra og fastlandet. I fjorden er det en terskel ved Agdenes, en ved Tautra og en i Skarnsundet og disse deler fjorden inn i tre bassenger: Bassenget mellom Agdenes og Tautra er Ytterfjorden, mellom Tautra og Skarnsundet er Midtfjorden og Innerfjorden er innenfor Skarnsundet.
Innenfor terskelen ved Tautra er fjordbunnen på det dypeste 400–420 meter og danner der en relativt flat slette på begge sider av Ytterøya. De dype områdene er dekket av slam og leire, mens de grunn områdene nær land er det en god del finsand, sand og skjellsand blant annet langs Frosta. I Levangerbukta danner Eidsbotn en grunn arm av fjorden; Eidsbotn er 2 km2 og største dyp 7 meter, åpningen mot fjorden delvis blokkert av en molo. Borgenfjorden (også kalt Børgin) mellom Inderøy og Sparbu er en nesten avsnørt fjordarm som er forbundet med hovedfjorden gjennom Straumen og er 140 meter bred og 5 meter dyp; innenfor Straumen er Borgenfjorden rundt 15 meter dyp.
Beitstadfjorden er avgrenset av det smale Skarnsundet der det er en dyp terskel (140 meter) knapt 1 km nord for Skarnsundbrua; innenfor terskelen er det største dypet en slette på ned mot 250 meter. Beitstadfjorden har gjennomsnittlig dybde på 86 meter og et areal på 233 km2. Steinkjerfjorden er relativt grunn på rundt 100 meter. Hjellbotn i nord er en arm av Beitstadfjorden og forbundet med det 10 km lange Beitstadsundet som løper øst/nordøst fra Malm i Verran. Fra Beitstadfjorden mot sørvest går det smale og 14 km lange Verrasundet.
Ved Rissa er den relativt grunne Sundsbukta som gjennom den 2–3 meter dype Strømmen (Straumen) er forbundet med innsjøen Botn. Botn har lite vannutskifting og derfor hydrogensulfid i bunnvannet. Ved Røbergneset vider hovedfjorden seg ut og har armene Korsfjorden, Orkdalsfjorden og Gaulosen mot sør. Bunnen av disse fjordarmene er preget av leire og slam som tilføres av de store elvene Orkla og Gaula. Strekningen innenfor Røberg kalles Flakkfjorden som er opp til 20 km bred med en relativt flat bunn dekket av slam på 500–600 meters dyp.
Innover forbi Trondheim og Malvik kalles området Strindfjorden på 150 til 250 meters dyp. Mellom Munkholmen og Brattøra er det relativt grunn rygg på rundt 30 meters dyp. Utenfor Ladehammeren er bunnen dominert av sand og silt som fraktes av Nidelva. Innerste del av Strindfjorden går over i Stjørdalsfjorden med en liten terskel mellom Midtsandan og Skjervauran; Stjørdalsfjorden er et flatbunnet relativt grunt basseng med største dyp på 80–90 meter. Åsenfjorden mellom Frosta og Skatval har to stor og flere mindre armer og svært kupperte bunnforhold.
Fra Tautra til Ytterøya er fjorden 4–6 km bred og bunnen danner en flat slett av slam og leire på 400–420 meters dyp. Øya Tautra er 3,5 km lang og 1 km på det bredeste med 26 meter som høyeste punkt. Tautrasvaet er et grunt område mellom øya og Frosta, og der går vei til øya på en molo (fylling) anlagt i 1976 over svaet. Ved fjære sjø blottlegges store områder. Moloen stengte for tidevannsstrøm over svaet, og tidevannsstrømmene var trolig for sterke til at rovdyr (inkludert mink) kom seg til Tautra.
Innløpet ved Ørland–Agdenes er rundt 4 km bredt, men den vider seg ut innover og er ved Flakk–Rørvik 6,5 km og mellom Lade–Seter (Leksvik) 12,7 km.
Relativt stor tidevannsforskjell skaper en lang strandsone flere steder. Strendene rundt fjorden består av blant annet løsmasser og berg men det finnes ikke skjellsand av betydning eller sanddyner. For en stor del går berget rett i sjøen rundt fjorden, til dels med et smalt belte steiner og blokker. Slike harde strandberg er ofte dekket av lav, mens der berget forvitrer lett er det mer artsrikt. Sørvendte berg av grønnstein eller fyllit er bevokst av flest arter. De slakke strendene består for det meste av en blanding stein og grus som er delvis dekket av silt eller leire, dette er mest vanlig på øst- og sørsiden. På sør- og østsiden er det en del gruntvannsområder, mens det på nordsiden er brådypt med liten fjæresone.
Vann og strømforhold Trondheimsfjorden blir som regel ikke særlig islagt. I kalde perioder kan det legge seg snø og is i strandkanten, og Beistadfjorden samt Borgenfjorden er mer utsatt for islegging. I 1881 var det 45 cm is på Beitstadfjorden, vanligvis blir det 10–13 cm is. Tilfrysing av Beitstadfjorden skyldes blant annet at det er relativt lite vertikal blanding av vannmasser slik at det i liten grad transporteres varme fra dype lag til overflaten utsatt for avkjøling. De dype delene av Trondheimsfjorden har en temperatur på 7–7,5°C hele året. Overflaten varmes opp utover sommeren og grensen for det kalde dypvannet synker.
Tersklene er relativt dype slik at Trondheimsfjorden og Trondheimsleia har god vannforbindelse med Norskehavet utenfor. Dypt vann fra Atlanterhavet renner inn i fjorden om vinteren og sprer seg langs bunnen og fortrenger lettere vann i fjordbassenget. Når vann fra storhavet blandes med fjordvannet kan saltholdigheten komme opp mot 3,48 % (havet har omtrent 3,5 % salt). Innstrømmende vann fra havet har størst tetthet og vil vanligvis fortrenge og løfte opp bassengvann under terskelnivå i fjorden. Vann fra Atlanterhavet er mer oksygenrikt. Om høsten presses Den norske kyststrømmen inn mot kysten og samtidig har fjordvann på middels dyp (over terskler) ofte renn ut av fjorden og erstattes av kystvann; dette fører til at vann i fjordens øvre deler skiftes ut. I flomperioden tilfører elvene en betydelig mengde ferskvann (tilsvarende 5 meter tykt lag dersom fjorden hadde vært avstengt) som danner et tykt brakkvannslag på overflaten; dette brakkvannslaget holder seg ofte hele sommeren. Det er som regel et tydelig skille mellom brakkvann på toppen og helt saltholdig vann under. Om sommeren kan saltholdigheten i overflaten i ytre deler av fjorden være godt under 3,0 % og øke nedover i dypet til nær 3,5 % under 50 eller 100 meter. Store elver renner i flere deler av fjorden slik at brakkvannsjiktet er tydelig i hele fjorden. Vind og tidevann fører til omrøring slik at saltnivået sjelden er under 1,5 % i overflaten sammenlignet med indre deler av Sognefjorden der overflatevannet i perioder er uten salt.
Fotosyntese hos organismer i vannet produserer oksygen og når denne produksjonen (på grunn av algeoppblomstring) overstiger heterotrofe organismers forbruk av oksygen vil overflatevann bli overmettet. I Trondheimsfjorden er overmetning vanlig fra mars til september og kan nå 130 % i april. I dypet under 30–50 meter er det mørkt og ingen fotosyntese, og der forbrukes mer oksygen enn det produseres. De dype bassengene er derfor avhengig av vertikal omrøring eller innstrømming fra havet for tilførsel av oksygenrikt vann. Trondheimsfjorden har de fleste steder oksygenrikt vann helt til bunnen. Noen avstengte grener av fjorden kan ha lite oksygen. Den kraftige strømmen og turbulensen når vann fra hovedfjorden strømmer inn i Borgenfjorden fører til at det ytterste bassenget i Borgenfjorden blir gjennomblandet til bunns hver dag, mens på det indre bassenget av Borgenfjorden legges et lokk av brakkvann i løpet av sommeren slik at det dannes H2S på bunnen.
Tidevann kan skape sterke strømmer i trange sund mellom hovedfjorden og fjordarmene. Sund som er så smale at det tar lang tid å fylle og tømme fjordarmen fører til forsinket tidevann og mindre tidevannsforskjeller. Strømmen til Borgenfjorden kan komme opp i 9 knop og fartøy kan passere bare når det er flo i Borgenfjorden og flo i Borgenfjorden er over 2 timer etter flo i hovedfjorden med en tidevannsforskjell på 90 cm. Tidevannsforskjellen i hovedfjorden er gjennomsnittlig 1,8 meter. Trondheimsfjorden har flere holmer som blir landfaste ved fjære, blant annet Steinviksholmen. Der tidevannet møter utstrømmende vann fra de store elvene blir det mindre avstand mellom skarpe bølgetopper noe som kan være vanskelig for små båter.