Tòa án quốc tế là cơ quan xét xử thường trực bao gồm những thẩm phán được bầu ra với nhiệm kỳ nhất định và giải quyết các vụ việc mà các bên tranh chấp yêu cầu. Quyết định của tòa án có hiệu lực pháp lý bắt buộc đối với các bên tranh chấp. Sau vụ Philippines kiện Trung Quốc ra Toà Trọng tài thường trực Liên hợp quốc thành lập theo Phụ lục VII, UNCLOS (7/2016), năm 2019 trong bối cảnh Bắc Kinh gia tăng các hành động đơn phương trái phép ở Biển Đông, vấn đề sử dụng công cụ pháp lý như Toà trọng tài quốc tế lại được giới chuyên gia các nước nêu ra.
Cũng như đối với trọng tài, các bên tham gia tranh chấp có thể tự nguyện lựa chọn biện pháp giải quyết tranh chấp thông qua tòa án. Trong trường hợp đó, tòa án quốc tế sẽ đứng ra xét xử tranh chấp giữa các bên. Trong lịch sử, tòa án quốc tế đầu tiên được thành lập là Tòa án quốc tế Hội quốc liên, hoạt động từ năm 1920 đến năm 1940. Sau chiến tranh thế giới thứ hai, Tòa án quốc tế Liên hợp quốc được thành lập trên cơ sở của Hiến chương Liên hợp quốc với một bộ phận cấu thành của Hiến chương là Quy chế Tòa án quốc tế.
Tòa án quốc tế Liên hợp quốc có hai chức năng: Một là, giải quyết tranh chấp giữa các nước. Hai là, đưa ra kết luận tư vấn về những vấn đề pháp lý cho hội đồng bảo an và đại hội đồng hoặc cho các cơ quan, tổ chức chuyên môn khác của Liên hợp quốc nếu đại hội đồng cho phép. Tòa án quốc tế chỉ có thẩm quyền xét xử những vụ kiện giữa các quốc gia, trên cơ sở tự nguyện thỏa thuận giữa các quốc gia, trên cơ sở tự nguyện thỏa thuận giữa các quốc gia hữu quan đó. Tòa không có thẩm quyền xét xử những vụ việc mà đương sự là thể nhân, pháp nhân, trừ khi quốc gia đồng ý đứng ra là nguyên đơn thì tòa án sẽ xét xử để bảo vệ quyền lợi thể nhân và pháp nhân này. Thẩm quyền xét xử của tòa án phụ thuộc vào ý chí của các quốc gia có liên quan. Các quốc gia là thành viên của quy chế tòa án có thể tuyên bố về việc chấp nhận thẩm quyền xét xử bắt buộc của tòa án quốc tế giải quyết tranh chấp có nội dung liên quan đến giải thích điều ước; vấn đề công pháp quốc tế; vi phạm nghĩa vụ quốc tế; tính chất và mức độ bồi thường thiệt hại do vi phạm nghĩa vụ quốc tế.
Sự chấp nhận của các thành viên có thể là vô điều kiện hoặc trên cơ sở điều kiện có đi có lại đối với một vài quốc gia khác hoặc chấp nhận với điều kiện trong thời gian nhất định. Các quốc gia không phải là thành viên quy chế tòa án có thể chấp nhận thẩm quyền xét xử của Tòa án thể hiện dưới nhiều hình thức, ví dụ, trong một hiệp định. Tòa án quốc tế gồm 15 thẩm phán do Đại hội đồng và Hội đồng bảo an bầu ra với nhiệm kỳ 9 năm, cứ 3 năm bầu lại 1/3 thẩm phán. Trong số các thẩm phán đó, không thể có hai người cùng quốc tịch. Thành phần của hội đồng thẩm phán phải đảm bảo được tính đại diện, công bằng giữa các hệ thống pháp luật khác nhau, giữa những nước có mức độ phát triển khác nhau. Theo truyền thống, trong hội đồng bao giờ cũng có đại diện của 5 nước thường trực Hội đồng bảo an. Thẩm phán của Tòa án quốc tế không được đảm nhiệm một chức vụ chính trị, hành chính hoặc nghề nghiệp nào trong thời gian đương nhiệm. Việc bãi miễn họ chỉ được thực hiện trên cơ sở nhất trí của tất cả các thành viên còn lại.
Quyết định của tòa án quốc tế được thông qua theo nguyên tắc đa số, tính trên tổng số thẩm phán có mặt. Trong trường hợp số phiếu thuận và phiếu chống bằng nhau thì chủ tọa của phiên tòa sẽ có tính chất quyết định. Theo Điều 38 của Quy chế Tòa án, khi xét xử tòa án quốc tế sẽ sử dụng những nguồn như: i) Các điều ước quốc tế chung hoặc riêng bao gồm các quy phạm được các bên tranh chấp thừa nhận. ii) Tập quán quốc tế đã được áp dụng rộng rãi trong thực tiễn và được xem như quy phạm pháp luật quốc tế. iii) Những nguyên tắc pháp lý chung được các dân tộc văn minh thừa nhận. iv) Các phán quyết tư pháp và các học thuyết của các học giả có uy tín của các quốc gia khác nhau nếu đáp ứng được những điều kiện quan trọng trong Điều 59 của quy chế thì sẽ được xem là các nguồn hỗ trợ giải thích quy phạm pháp lý. Trong quá trình xét xử, tòa án có thể đưa ra các biện pháp tạm thời cần áp dụng để đảm bảo quyền lợi cho các bên đương sự. Các biện pháp này cần được báo cho các bên liên quan và hội đồng bảo an Liên hợp quốc biết. Phán quyết của tòa án có hiệu lực pháp lý bắt buộc với các bên đương sự. Nếu một trong các bên đương sự không thực hiện phán quyết của tòa án thì bên tranh chấp kia có quyền yêu cầu Hội đồng bảo an Liên hợp quốc áp dụng các biện pháp cưỡng chế.
Do những hạn chế về thẩm quyền, về thủ tục còn mang nặng tính hình thức, không năng động, mềm dẻo, tòa án quốc tế đóng vai trò khiêm tốn trong việc giải quyết các tranh chấp chủ quyền biển đảo giữa các quốc gia. Một số phán quyết của tòa án trong thực tế đã gây ra tranh cãi cho các quốc gia về tính trung thực và khách quan của nó. Tuy nhiên, tòa án quốc tế cũng có đóng góp vào việc phát triển pháp luật quốc tế và có những cải tổ để thực hiện tốt nhiệm vụ của mình. Ví dụ: Phán quyết của Tòa án quốc tế đối với vụ phân chia thềm lục địa tại Biển Bắc đã có tác động tích cực đến quá trình pháp điển hóa Luật Biển quốc tế tại Hội nghị lần thứ 3 về Luật Biển quốc tế.
Song song với việc giải quyết tranh chấp giữa các quốc gia, tòa án quốc tế còn đưa ra những ý kiến tư vấn cho các cơ quan, các tổ chức chuyên môn của Liên hợp quốc. Những ý kiến này chỉ mang tính chất khuyến nghị nhưng có thể được các bên công nhận và xem xét như kết luận có tính chất bắt buộc. Những ý kiến của Tòa án có ý nghĩa quan trọng trong quá trình xây dựng các quy phạm pháp luật quốc tế. Ngoài tòa án quốc tế của Liên hợp quốc, phải kể đến một số tòa án khác như Tòa án quốc tế về Luật Biển được thành lập theo Công ước của Liên hợp quốc về Luật Biển quốc tế năm 1982 (UNCLOS). Tòa án quốc tế về luật biển có thẩm quyền giải quyết mọi tranh chấp và khiếu nại phù hợp với quy định của Công ước. Tòa án cũng có thẩm quyền xem xét các tranh chấp về giải thích, áp dụng các điều ước và công ước khác nhau, nếu thành viên của điều ước, công ước này thỏa thuận.
Trong Phán quyết của Toà Trọng tài thành lập theo Phụ lục VII của UNCLOS trong vụ Philippines kiện “đường lưỡi bò” của Trung Quốc ở Biển Đông là cơ sở quan trọng cho các giải pháp pháp lý tiếp theo. Đây được xem là phán quyết mang tính lịch sử, trong đó, lần đầu tiên một cơ quan tài phán quốc tế có tư cách pháp nhân bác bỏ quyền lịch sử của Trung Quốc trong phạm vi đường lưỡi bò, thực chất là bác bỏ đường lưỡi bò, xác định nó không có cơ sở pháp lý và cũng bác bỏ luôn cả quyền lịch sử đối với tài nguyên bên trong đường lưỡi bò… Đây cũng là lần đầu tiên Toà đã ra bộ quy chế về pháp lý đầy đủ về các cấu trúc trên biển, lần đầu tiên nhân loại có một bộ định nghĩa đầy đủ thế nào là đảo, là đá, bãi nửa nổi nửa chìm… và quy chế pháp lý đối với từng cấu trúc như vậy, có thể xem là một sự tiến bộ của nhân loại về mặt pháp lý, khoa học. Toà cũng khẳng định những gây hại đối với môi trường, làm gia tăng tranh chấp và những tính phi pháp trong nhiều hành động của Trung Quốc, không chỉ đối với Philippines mà còn đối với các hoạt động khác nói chung.