Στα νότια του νησιού βρίσκεται ένα από τα πιο εντυπωσιακά φυσικά θαύματα, γνωστό για τον πλούτο που στάζει και τα γαλάζια νερά του. Η "γαλάζια σπηλιά" του Καστελλόριζου φιλοξενεί φώκιες, οι οποίες είναι συνήθως αόρατες για τους επισκέπτες. Η σπηλιά έχει ύψος 35 μέτρα, πλάτος 40 μέτρα και μήκος 75 μέτρα στο εσωτερικό της. Ωστόσο, η είσοδός της ανάμεσα στο νερό και τον βράχο είναι τόσο μικρό που είναι δύσκολο να καταλάβει κανείς ποιο θα είναι το ύψος του μετά από λίγο. Το σπήλαιο είναι καλυμμένο με λευκούς σταλακτίτες, οι οποίοι αποτελούν ένα από τα σπανιότερα γεωλογικά φαινόμενα στη Γη. Όταν το φως του ήλιου πέφτει στο σπήλαιο, οι σταλακτίτες παίρνουν μοναδικά χρώματα και το νερό γίνεται γαλάζιο, εντυπωσιάζοντας κάθε επισκέπτη. Η καλύτερη ώρα για να επισκεφθείτε το σπήλαιο είναι το πρωί. Η επίσκεψη στο σπήλαιο γίνεται μόνο με βάρκα και φυσικά με καλό καιρό, αλλά μόνο μικρές βάρκες μπορούν να μπουν στο σπήλαιο. Όταν ο άνεμος δυναμώνει και ξεκινάει καταιγίδα, η είσοδος κλείνει και το σπήλαιο είναι απροσπέλαστο. Εκτός από το περίφημο Γαλάζιο Σπήλαιο, στο Καστελλόριζο υπάρχουν άλλα τέσσερα σπήλαια σπάνιας γεωλογικής ομορφιάς: το Φωτσαλίκι, οι Κολώνες, το σπήλαιο Αρναούτη και το Κατράντζι.