Татарский пролив замерзает на длительный период времени благодаря малой солёности. 1 В узком месте на севере образуется припай, и пролив превращается в природный мост, соединяющий остров Сахалин с материком. 2 Толщина льда может достигать 1,5 м, и ледовый покров держится до 170 дней. 2

Также на замерзание пролива влияют значительные отрицательные значения температуры воздуха с ноября по март, динамические атмосферные процессы и действие холодных и тёплых течений. 4

В центральной и отчасти южной области, где температура воды выше, сильный ветер и течения, пролив покрывается только плавучими льдами. 2

В 2021 году учёные связывали замерзание пролива с действиями человека: когда рыбопромышленники перекрыли сток Амура, тёплой воды в пролив поступало меньше, из-за чего он замёрз. 5