El lago Vostok probablemente fue sellado por una gruesa capa de hielo hace aproximadamente 15 millones de años.
Los investigadores inicialmente creyeron que la misma agua había estado en el lago desde su formación. Sin embargo, los investigadores Robin E. Bell y Michael Studinger, del Observatorio de la Tierra Lamont-Doherty de la Universidad de Columbia, demostraron que toda el agua del lago se reemplaza aproximadamente cada 13.300 años.
La temperatura más fría jamás registrada en la Tierra es -89°C y se detectó en la estación de Vostok el 21 de julio de 1983.
La temperatura promedio del agua en el lago Vostok es de aproximadamente -3°C. Esta temperatura está por debajo del punto de congelación normal debido a la alta presión ejercida por el hielo de arriba. El calor generado desde el interior de la Tierra calienta el fondo del lago, mientras que la capa de hielo superior aísla el agua de la temperatura del aire en la superficie.
El lago Vostok contiene niveles muy bajos de nutrientes, pero está sobresaturado de nitrógeno y oxígeno, ya que contiene 2,5 litros de nitrógeno y oxígeno por cada kilogramo de agua.