Hammer Sø ligger i den brede sprækkedal, som adskiller Hammerknuden fra det øvrige Bornholm. Den kaldes Danmarks eneste bjergsø, og vandspejlet ligger da også ca. 8 m over havniveau. Søen har et areal på 10,6 ha og en størstedybde på 12,8 m, hvilket gør den til Bornholms største og dybeste sø.
Hvor Hammer Sø er en naturlig sø, er mange af øens andre større søer kunstige og opstået i tidligere råstofgrave.
Søen er meget klarvandet, hvilket bl.a. skyldes vandremuslingens indvandring i slutningen af 1900-tallet. Muslingernes filtrering af søvandet for planteplankton medførte, at sigtdybden i sommerhalvåret steg fra ca. 2 m til de nuværende ca. 5 m. Det øgede lysindfald har forbedret forholdene for undervandsvegetationen, som bl.a. omfatter nålesumpstrå, akstusindblad, kredsbladet vandranunkel, børstebladet vandaks og strandbo. Bredzonen domineres af tagrør og brudelys. Fiskebestanden består af ål, gedde, skalle, karusse, karpe, suder og aborre. Frem til i hvert fald 1985 er regnbueørred regelmæssigt udsat i søen, men de er siden forsvundet. De samme gælder de canadarødding, der blev udsat i 1974.
Selve søen er ikke fredet, om end fredningen af Hammerknuden når ned til søen i nord, mens fredningerne af Hammershus og Slotslyngen kanter søen i syd. Derudover omkranses søen af det ca. 549 ha store habitatområde Hammeren og Slotslyngen.
