【地形地貌】市境北部秦岭势如屏障，最高峰在洋县活人坪梁顶，海拔3071米，其他较高的山峰有佛坪县光头山2838米、洋县摩天岭2603米、留坝紫柏山2610米、勉县光头山2606米，一般山体海拔为1000～2000米。南部米仓山（又称巴山）高峻雄峙，最高峰在镇巴县箭杆山，海拔2534米，较高山峰还有南郑县铁船山2468米、红山2367米、光头山2389米，一般山体海拔在1000～1500米；全市最低处在西乡县茶镇南沟口，海拔371.2米。汉江横穿盆地中部形成冲积平原，汉中盆地东西长116公里，南北宽约5～30公里，汉台区附近最宽为25～30公里；汉江支流牧马河与泾洋河在西乡县城东北汇合，形成冲积性宽谷坝子，名为西乡盆地。汉中盆地海拔在500米上下，而秦巴山体高出汉中盆地500～2500米。地貌类型多样，但以山地为主，占总土地面积的75.2%（其中低山占18.2%，高中山占57.0%），丘陵占14.6%，平坝占10.2%。
【河流】汉中市的河流均属长江流域，在水系组成上，主要是东西横贯的汉江水系和南北纵穿的嘉陵江水系。汉江，又名汉水，古称沔水，是长江最大的支流。汉中市位于汉江上游。汉江干流自西向东流经宁强、勉县、南郑、汉台、城固、洋县、西乡等县(区)境，横贯汉中盆地，是本区域内水系网络的骨架。市境内汉江干流长277.8公里，占汉江全长1532公里的18.1%，流域面积19692平方公里，占汉江全流域17.43万平方公里的11.3%，占全市总土地面积27246平方公里的72.3%。
嘉陵江水系分布在汉中市的西部和南部。嘉陵江干流由北向南，纵穿略阳、宁强两县的西部山地，为过境大河。境内流程141.7公里，流域狭长，西宽东窄。市境内属嘉陵江水系的大小河流共192条，流域面积7554平方公里，占全市总土地面积的27.7%。
【地下水】汉中市地下水主要由降水和地表水的入渗来补给。由于水文地质条件不同，地下水的分布很不均衡。市内地下水的补给来源主要是大气降水，平均入渗系数11.6%，汉中盆地降雨入渗补给模数8.89～20.52万立米/年·平方公里。山间河谷盆地及宽谷坝子还接受地表水的补给，平均补给系数22%。地下水的径流方向基本与河水流向一致，即分别以嘉陵江、汉江分水岭和次级分水岭为界，沿山坡向沟谷流动。由分水岭向河谷区地下水位由深变浅，富水性由弱变强。
汉中市地下水主要为HCO3-Ca型水，次为HCO3-Ca·Mg（Mg·Ca）型水，全市大部分地方的地下水质，基本符合国家生活饮用卫生标准和农田灌溉、工业用水标准。
地下热水共发现6处，其中勉县郭家湾温泉，水质化验，硫、砷、氡、硅、氟、硫化氢含量为国家标准的8倍，是治疗皮肤病、关节炎理想的高热医疗矿泉水，已开发利用。其余5处为佛坪县龙草坪乡的庙沟、勉县杨家湾、洋县桃园河、南郑牟家坝、西乡峡口，水温在20～31℃之间，尚待开发利用。
【土壤】本区土壤在全国属铝质土域黄棕壤带，共有10个土类、21个亚类、38个土属、97个土种。全区土壤面积为2630578.7公顷，占土地总面积272.46万公顷的96.5%。土壤的分布具有明显的水平地带和垂直地带性分布规律，区域性土壤分布规律也很有地方特色。本区土壤的水平分布由2个水平地带组成：(1)秦岭山地棕壤、褐土带；(2)秦岭南侧低山丘陵及其以南地区的黄棕壤、黄褐土带。分界线大致位于北纬33°30′附近偏南，即白雀寺—何家岩—张家河—武关河—小河—茅坪—秧田坝—陈家坝连线。在界线的北侧如略阳、留坝和佛坪等地，不具备北亚热带的水热指标；分界线以南的勉县、汉中、城固、洋县和汉江以南各地基本上都达到了北亚热带的水热指标，亚热带经济作物生长良好，如城固升仙村的橘园、南郑黄官的油菜，都是久负盛名的生产基地。该界线是生物气候与土壤带相结合的北亚热带黄棕壤、黄褐土的北界，是汉中地区土壤水平地带性的一条重要分界线，直接关系到农业生产布局问题。土壤的垂直分布可划分为6种垂直带谱：（一）秦岭紫柏山南坡土壤垂直带谱：从下向上依次是：黄棕壤（1500米以下）→棕壤（1500～2300米）→山地草甸土（2300～2500米）。（二）秦岭摩天岭土壤垂直带谱：黄棕壤（1500米以下）→棕壤（1500～2200米）→暗棕壤（2200～2603米）。（三）秦岭活人坪梁土壤垂直带谱：黄褐土（800米以下）→黄棕壤（800～1500米）→棕壤（1500～2350米）→暗棕壤（2300～2700米）→草甸土（2700～3071米）。（四）秦岭黄桶梁土壤垂直带谱：黄褐土（540～800米）→黄棕壤（800～1500米）→棕壤（1500～2300米）→暗棕壤（2300～2904米）。（五）米仓山箭杆山土壤垂直带谱：黄褐土（425～1000米）→黄棕壤（1000～1700米）→棕壤（1700～2534米）。(六)米仓山北坡土壤垂直带谱中出现棕壤带的，只是少数几个海拔在2000米以上的山峰。
本区土壤的地域分布受地域性成土环境条件和人为经济活动影响，分为：（一）盆地平坝农耕区的土壤分布：盆地中绝大部分土地被垦殖为稻麦两熟的肥沃农田。土壤组合的基本特征呈错综复杂的镶嵌型。人们的农耕活动，在高的地形部位多旱耕地，低平地形多水稻田，缓坡则兴修水平梯田。因此，土壤按“岭”“湾”“冲”“沟”组合，呈现特有的格局。（二）秦巴低山丘陵地的土壤分布：秦岭低山丘陵地带。海拔800米以下的，主要是由第四纪红色亚黏土组成的汉江高阶地，土壤为黄泥巴、死黄泥；地势平缓处，垦为水田是水稻土。汉江南岸丘陵地带，海拔700～1000米，多发育成黄沙泥，有些基座阶地，地表覆盖有红黏土，形成黄泥巴、死黄泥、血斑黄泥等。汉江南丘陵区的丘陵之间的众多坪坝，土壤为水稻土、草甸土、新积土的独立组合区，镶嵌在整个丘陵区黄褐土和黄棕壤的背景土被之中，而且水稻土以潜育性水稻土为主。（三）秦巴山区的土壤分布：从河谷到山地，阴坡和阳坡，陡坡和缓坡，不同岩性和母质上分布有不同土壤。
