宝塔区地处华北陆台鄂尔多斯地台的一部分，地层以中生代和新生代为主，中生代地层包括三叠纪，侏罗纪和白垩纪砂岩、页岩及泥岩，以侏罗纪砂页岩分布最广；新生代地层以晚第三纪红土层和第四纪黄土为主，黄土广泛分布于全区境内，一般厚度10—100米。沟谷及坡面时有第三纪红土和中生代基岩出露。中生代及新生代晚第三纪红土层所形成的古地形是现代地貌形成的基础，经地壳的强烈抬升，形成900—1500多米的古黄土高原，第四纪新老黄土的广泛堆积，经长期水蚀和其它外营力的剥蚀，形成黄土丘陵沟壑地貌，独具特性：地面破碎，沟壑密布。区内以延河、汾川河为骨干，其支流与支沟纵横交错，水系较密。沟道密集，长度在300米以上的约26700余条。从沟道密度来看，平均为4.3公里/平方公里（以碾庄沟为代表）。从地面分割度来看，河沟、干沟和冲沟合计面积平均占到流域面积的51.3%，沟壑面积比沟间地面积略大一些。地势起伏频率较大。以典型沟道流域为代表，从分水岭到谷缘的谷间地高差，一般为20～80米，最大可达140～160米。从谷缘到沟床的沟谷深度一般为30～90米，最大可达100～120米。在很大范围内，全区地面频繁出现180～220米的起伏。坡度较陡，水土流失严重。全区绝大部分地域梁峁坡的斜度变化在10～35度，其中坡度在25～35度的面积占有相当大的比例。
  全区地势东北、东南高，中部隆起。呈两个环伏向东倾斜的丘陵河谷地形。崂山纵贯全区，呈北东北～南东南走向，是境内两大水系的分水岭，北部是延河的中游地段，南部是汾川河的河源区，境内有较大的山丘陵200多座，随地势总倾斜变化，东北和东南部的山丘高，最高处位于下坪乡拧成梁，海拔1525米，最低处位于官庄乡汾川河谷，海拔860米，相对高差665米。 北部峁梁丘陵河谷区，包括贯屯、梁村、冯庄、蟠龙、青化砭、元龙寺、河庄坪、甘谷驿等八个乡（镇）和桥沟、李渠、姚店等乡（镇）的部分地区，海拔高度992～1525米，地势北高南低，峁梁起伏，以峁为主；沟谷密度4～5公里/平方公里，切割深度一般为120～220米；黄土覆盖层一般厚度50～150米，土壤侵蚀模数1.2万吨/年平方公里以上，是全区水土流失最为严重的地区。南部梁峁丘陵河谷区，包括麻洞川、南泥湾、松树林、柳林、川口、万花的全部及姚店、李渠、桥沟等乡镇的部分地区，海拔高度860～1463米，梁峁起伏，以梁为主；沟谷密度3～3.5公里/平方公里，切割深度一般为110～200米，植被覆盖度为66%，是全区水土流失最轻的地区。东南部残塬区，包括官庄乡全部及临镇的部分地区，海拔高度1061～1127米，地势高而平缓，塬面破碎，由20余处小块塬地组成，最大者可达1800亩（吴太塬，最小者石家塬仅为322亩）；区内除塬地外，还伴有梁沟，沟谷密度3.4～3.7公里/平方公里，切割深度一般为110～220米，植被覆盖度为21.7%，水土流失较为严重，土壤侵蚀模数在2000吨/年平方公里以上。

宝塔区土壤分类有黄绵土、黑垆土、水稻土、潮土等9个土类，12个亚类，20个土属，45个土种。以黄绵土面积最大，为339.17万亩，占全区土壤总面积的63.87%。境内从南到北，从西到东，川台及梁、峁、坡均有分布。黄绵土是在黄土母质上形成的一种土壤，质地松、软、绵，透水性强，易耕，有利于农作物幼苗发育，易受侵蚀，土壤抗逆性弱，养分贫瘠。黑垆土分布以南部残塬和北部各乡镇的台地、沟谷高阶地为主，山间鞍部亦有零星残存，面积0.41万亩，占土壤总面积的0.077%；黑垆土经长期耕种熟化，上覆盖30～40厘米厚的熟化层，质地轻壤，疏松多孔，强石灰性反应，耕性良好，耐旱耐涝，适耕期长，宜种多种农作物。淤土主要分布在延河、汾川河两岩及沟谷里，面积8.22万亩，占土壤总面积的1.55%，宜种高梁、谷子等农作物。褐土主要分布在延河以南的南泥湾等乡镇，是森林植被下土壤，面积147.37万亩，占土壤总面积的27.75%，是较好的宜林地。水稻土面积1.6万亩，占土壤总面积的0.3%，载培以稻谷为主。红土面积30.5万亩，占土壤总面积的5.74%。潮土面积0.12万亩，占土壤总面积的0.02%。草甸土0.46万亩，占土壤总面积的0.09%。沼泽土面积0.3万亩，占土壤总面积的0.05%。

宝塔区属于温带半干旱气候区，全年气候变化受制于季风环流影响。气候特点：四季分明。冬季（12月～次年2月），干冷，少雨雪，多刮西北风；春季（3～5月），干旱少雨，升温快，冷暖空气交汇频繁，风沙大，气温急升剧降；夏季（6～8月）炎热，多阵性天气且有伏旱；秋季（9～11月）降温迅速，湿润，多阴雨大雾天气。

气温  1990年至2010年平均气温10.7℃，较历年平均气温偏高0.8℃；20年内极端气温最高39.3℃，出现在2005年6月，较历年极端最高气温（39.7℃）偏低0.4℃；极端最低-23.0℃，出现在1991年12月，较历年极端最低（-25.4℃）偏高1.4℃。一年中7月份气温最高，平均气温22.9℃，其次是8月21.5℃，6月21.1℃；1月份气温最低，平均气温-6.4℃，12月稍高之-4.5℃，2月-2.5℃。极端最高气温出现在7月的次数最多，其次是6月；极端最低气温出现在1月的次数最多，其次是12月、2月；一日中（阴天除外）最高气温出现在14-15时，最低气温出现在日出前。 年内气温变化最快的是：3月到4月升温快，10月到11月降温迅速。

降水  1990年至2010年年平均降水量689.0毫米，较历年年平均降水量（507.7毫米）偏多181.3毫米；20年内最多的一年降水是2003年858.3毫米，较历年最多年降水量（1963年）871.2毫米少12.9毫米，最少的一年降水量是1999年544.2毫米，较历年最少降水量（1974年）330.0毫米多214.2毫米。从统计1990至2010年降水记录得出，年内降水集中在7、8月，2个月降水占全年总降水量的44%，其中7月平均为123.2毫米、8月为119.1毫米，降水最少的月份分别是1月、12月、2月，3个月的降水量仅占全年总降水量的2%。极端最少值整月无降水，大多出现在冬季3个月内。夏季多阵性雷雨天气，秋季多连阴雨天气。

日照  1990年至2010年年平均日照时数2566.8小时，较历年年平均日照2448.6小时多118.2小时。日照最长月份为7月历年平均值为443.8小时，最短月份为12月历年平均值为299.7小时。

湿度  年内8、9月湿度最大，相对湿度为74% ，其次是7月、10月。湿度最小的月份是4月，相对湿度为48%，一日中最大值（阴天除外）出现在早晨日出前，最小值出现在14-15时前后。
    风速  季节变化明显，春季风最大，依次是冬季、秋季、夏季。年平均风速1.7米/秒，月份里4月风最大，月平均是2.0米/秒，8月最小月平均是1.4米/秒。夏季多西南风，冬季多西北风。风速日变化为午后最大，入夜后显著减小。