卡洛里盆地位于
水星明亮半球，是太阳系内规模最大的撞击构造之一。NASA信使号探测器（2008-2015年）的观测数据为研究该撞击坑的成因与行星内部结构提供了关键依据。
卡洛里盆地呈现近似圆形的构造，其边缘分布着陡峭的山脊与放射状断裂带。盆地内部被火山熔岩覆盖，形成平坦的平原区域，表面覆盖物因矿物成分差异呈现棕色主色调。撞击坑壁高度可达2公里，部分区域可见浅蓝色年轻撞击坑形成的放射纹。据信使号探测器观测，盆地内部存在两个直径约40英里的特殊陨石坑，周围环绕暗色物质形成的晕轮。
该盆地形成于太阳系早期重轰炸期，一颗直径超过100公里的
小行星以极高速度撞击水星表面。撞击释放的能量相当于数万亿吨TNT炸药，瞬间汽化部分水星地壳物质。撞击产生的
冲击波穿过行星内部，在对跖点区域汇聚并撕裂地表，形成面积达数百万平方公里的破碎岩石带。研究表明，水星内部可能存在特殊介质，导致
地震波传播异常加剧了地形破坏程度。
2008年信使号探测器首次近距离拍摄卡洛里盆地全貌，其携带的
激光高度计测量显示盆地底部与周边平原存在3公里以上的高程差。
光谱分析表明，盆地内暗色晕轮区域的物质含有较高比例的碳质陨石成分，这为研究水星早期物质组成提供了样本。2020年的研究进一步确认，盆地形成时的撞击事件改变了水星内部热力学结构，影响后续火山活动模式。
作为
太阳系保存最完整的大型撞击构造，卡洛里盆地为研究类地行星撞击历史提供了关键参照。其熔岩覆盖层表明水星曾存在大规模火山活动，而对跖点地形破坏现象修正了天体撞击能量传播的理论模型。当前研究重点关注撞击事件与水星磁场生成、内核结构演化的关联性。