一、自然地理
（一）地形
北京位于华北平原的西北隅，西起东经115 °25′，东至东经117°30′，南起北纬39°28′，北至北纬41°05′，东西宽约160 km，南北长约176 km，总面积约 16，800 km2.北京市地处山地与平原的过渡带，其中山地面积为10，280 km2，占总面积的38%。东北、北、西三面群山环抱，东南部是向外缓倾斜的平原，形成一个半开放性的环境地质系统。北部和东北部山区系燕山山脉的一部分，称“军都山”。西自高崖口附近起，向东绵延至昌平、延庆、怀柔和密云县境内，属太行山的余脉，俗称北京西山。它分布在门头沟区、海淀区和房山县境内。北京地势的主要特征是西北高而东南低。山地最高峰是东灵山，海拔2 303 m；其次为白草畔峰，海拔2 145 m。此外，还有百花山（海拔1，991 m）等较高的山峰。北京市地形最低点是通县的柴厂屯一带，海拔仅8 m，相对高差达2，295 m。山地中以海拔200~1 500 m左右的中低山居多。平原中绝大部分高程都在100 m以下，坦荡开阔，略有起伏，局部有洼地。山地与平原之间，地形起伏较大，并出现了一些丘陵和台地，地形界线较清楚。
北京境内有大小河流60余条，分属海河和潮白河、蓟运河两大流域的五大水系。永定河和潮白河为本市两大水系；房山县境内的拒马河和大石河属大清河水系；平谷县境内的错河和泃河属蓟运河水系。此外，还有北运河水系。主要河流大多为西北—东南流向。
（二）气候
北京气候属于暖温带半湿润和半干旱的季风型气候，大陆度为60.1.年平均气温在平原地区为11~12℃，海拔800 m以下山区为7~10℃；海坨山、白草畔、东灵山及百花山等高山地区为2~4℃。年极端最高温一般为35~40℃之间，1961年在房山县炒米店最高曾达到43.5℃。年极端最低温一般在-20~-14℃之间，1966年在大兴县东黑垡曾低达-27.4℃，高山区低于-30℃。7月最热时月平均气温在平原地区为26℃左右，海拔800 m以下山区为21~25℃。1月份最冷，月平均气温在平原地区为-5~-4℃，海拔800 m 以下山区为-10~-6℃。气温年较差为30~32℃。年降水量分布不均匀，山前迎风坡一般为700~800 mm；西北部和北部深山区一般少于500 mm，平原区及山麓地区一般为500~625 mm。由于山脉上升的气候屏障作用，使山脉的南北和东西无论是气温或降水量都有很大差别，并形成西山东坡及北部云蒙山地区两个明显的降水中心，年降水量较一般山区要高200~300 mm；较平原地区也要高出150~200 mm，导致北京市山区南部气候显得较暖湿，而北部地区则显得较为干燥与寒冷。自然环境也有很大差别。
二、区域地质
据北京市地质矿产局资料（1991），北京地区的地层与华北地区的地层基本相同，除了区域性缺失自上奥陶统到下石炭统、上白垩统及始新统外，还缺失下元古界。此外其他地层系统都较齐全。太古界是北京地区最古老的地层，主要分布在密云县北部山区。其岩性以各种黑云母、角闪及辉石质斜长片麻岩和变粒岩为主。中上元古界分布广泛，其岩性：长城系为石英砂岩、硅质页岩、硅质岩；蓟县系以硅质白云岩为主，夹有燧石条带及团块状白云岩；青白口系为黑色页岩、含海绿石石英砂岩及泥灰岩等。出露面积达3 077 km2，约占全市面积的18.8%。古生界主要分布在北京西山及北山局部地段，其中包含寒武系、奥陶系，岩性以石灰岩为主；石炭—二叠系则以碎屑岩为主，含煤层。面积约765 km2，占全市面积的4.67%。中生界地层广泛分布在北京西山、北山的向斜及断陷盆地内，其中白垩系仅零星地分布在西山的山前地带。中生界全为陆相地层，因多次火山喷发活动，形成巨厚的火山岩系。侏罗纪早期是本区第二次重要的成煤期。其面积约1，897 km2，约占全市面积的11.5%。新生界地层主要分布在北京平原区、山麓及山间盆地和各河谷内。平原区以河湖相沉积为主，山区则多为松散的砂砾石及黄土和黄土状土堆积。
北京地区岩浆岩分布极为广泛，约占山区的1/5强，其中以燕山晚期的侵入岩为主，约占全部侵入岩体的1/2.侵入岩以花岗岩类为主，尚有少量基性-超基性岩体。火山岩以中酸性熔岩居多。
北京地区在大地构造上属于华北断块的中部—燕山隆起带西段和太行山隆起带北段的转折部位。在以往漫长的地质历史中，曾产生过多次强烈的造山运动，尤以中生代的燕山运动为最剧烈，规模大，岩浆活动频繁，褶皱变形与断裂变动普遍发育。新生代，喜马拉雅期新构造运动也极为强烈。它不仅表现在明显的差异性升降运动上，而且也表现在水平错动和构造回返上，使第三纪夷平面系列逐渐解体。第四纪西山期新构造运动又继承了第三纪的差异性升降运动、断裂运动及水平运动，使北京山区不断上升，平原地区继续下沉，形成现今的由一系列北东向隆起与坳陷和被北西向断层分割的小断块所组成的构造格局。北京地区多组构造线中，主要有北北东向，北东向，北西向及东西向。目前北京地区地壳运动仍十分活跃，断层活动频繁，不同规模的地震活动在某些地区也经常发生。自第四纪以来，地壳上升幅度和速度似有明显增强之势。