동경 128°13′, 북위 34°41′에 위치하며, 남해도와 욕지도의 사이에 자리하고 있다. 면적은 5.03㎢이고, 해안선 길이는 11.0㎞이다. 섬의 모양이 꼬리가 있는 동물의 머리와 비슷하여 두미도라 부르게 되었다고 한다.
섬 전체가 하나의 구릉으로 이루어져 있으며, 동쪽과 북쪽의 일부를 제외하면 급사면으로 되어 있다. 최고봉은 높이 467m의 천황산(天皇山)이다. 해안은 대부분 깎아 세운 듯한 해식애로 되어 있어 선박의 접근이 쉽지 않으며, 연안의 평균 수심은 20m이다.
상록활엽수인 동백나무가 많이 우거져 있다. 해양성기후로 연평균기온은 14.9℃, 1월 평균기온은 3.0℃, 8월 평균기온은 25.3℃, 연강수량은 1,548㎜이다.
2019년 7월 기준으로 인구는 91명(남 48명, 여 43명)이 거주하고 있으며, 세대수는 61세대이다. 취락은 동쪽 및 북쪽 해안의 완사면에 분포한다. 남해도에 살던 사람이 처음 이 섬에 입도하여 거주하기 시작하였기 때문에, 현재에도 언어와 풍속이 남해지방과 유사한 점이 많다.
토지이용 현황은 논 0.02㎢, 밭 0.96㎢, 임야는 3.39㎢이다. 주요 농산물은 보리·고구마·콩이며, 마늘과 고추의 재배도 성하다. 연안에서는 연중 사계절 돌문어가 많이 잡히고 있다.
온화한 기후에 기암절벽을 이루는 곳이 많아 해상관광지로 알려져 있고, 바다 낚시터로도 유명하다. 교통은 통영에서 정기여객선이 운항된다.