一、地質與地貌
三江源區是青藏高原的腹地和主體，以山地地貌為主，山脈綿延、地勢高聳、地形復雜，海拔為3335~6564m，最低海拔位于玉樹藏族自治州東南部的金沙江江面，平均海拔4400m左右。海拔4000~5800m的高山是保護區地貌的主要骨架。主要山脈為東昆侖山及其支脈阿尼瑪卿山、巴顏喀拉山和唐古拉山山脈。由于受第四紀冰期作用和現代冰川的影響，海拔5000m以上的山峰可見古冰川地貌。
保護區中西部和北部呈山原狀，起伏不大、切割不深、多寬闊而平坦的灘地，因地勢平緩、冰期較長、排水不暢，形成了大面積沼澤。東南部高山峽谷地帶，切割強烈，相對高差多在1000m以上，地形陡峭，坡度多在30°以上。
二、氣候
區內氣候屬青藏高原氣候系統，為典型的高原大陸性氣候，表現為冷熱兩季交替，干濕兩季分明，年溫差小，日溫差大，日照時間長，輻射強烈，無四季區分的氣候特征。冷季為青藏冷高壓控制，長達7個月，熱量低，降水少，風沙大；暖季受西南季風影響產生熱氣壓，水氣豐富，降水量多。由于海拔高，絕大部分地區空氣稀薄，植物生長期短。
全年平均氣溫為-5.6~3.8℃。其中最熱月7月平均氣溫為6.4—13.2℃，極端最高氣溫28℃；最冷月1月為-6.6~-13.8℃，極端最低氣溫-48℃。年平均降水量262.2~772.8mm，其中6—9月降水量約占全年降水量的75%，而夜雨量比例則達55%~66%。年蒸發量在730~1700mm之間。日照百分率為50~65%，年日照時數2300~2900小時，年輻射量5500~6800兆焦耳/平方米。沙暴日數一般19天左右，最多達40天(曲麻萊)。