一、地质与地貌
三江源区是青藏高原的腹地和主体，以山地地貌为主，山脉绵延、地势高耸、地形复杂，海拔为3335~6564m，最低海拔位于玉树藏族自治州东南部的金沙江江面，平均海拔4400m左右。海拔4000~5800m的高山是保护区地貌的主要骨架。主要山脉为东昆仑山及其支脉阿尼玛卿山、巴颜喀拉山和唐古拉山山脉。由于受第四纪冰期作用和现代冰川的影响，海拔5000m以上的山峰可见古冰川地貌。
保护区中西部和北部呈山原状，起伏不大、切割不深、多宽阔而平坦的滩地，因地势平缓、冰期较长、排水不畅，形成了大面积沼泽。东南部高山峡谷地带，切割强烈，相对高差多在1000m以上，地形陡峭，坡度多在30°以上。
二、气候
区内气候属青藏高原气候系统，为典型的高原大陆性气候，表现为冷热两季交替，干湿两季分明，年温差小，日温差大，日照时间长，辐射强烈，无四季区分的气候特征。冷季为青藏冷高压控制，长达7个月，热量低，降水少，风沙大；暖季受西南季风影响产生热气压，水气丰富，降水量多。由于海拔高，绝大部分地区空气稀薄，植物生长期短。
全年平均气温为-5.6~3.8℃。其中最热月7月平均气温为6.4—13.2℃，极端最高气温28℃；最冷月1月为-6.6~-13.8℃，极端最低气温-48℃。年平均降水量262.2~772.8mm，其中6—9月降水量约占全年降水量的75%，而夜雨量比例则达55%~66%。年蒸发量在730~1700mm之间。日照百分率为50~65%，年日照时数2300~2900小时，年辐射量5500~6800兆焦耳/平方米。沙暴日数一般19天左右，最多达40天(曲麻莱)。