【地质】境内地质构造属华北地台(Ⅰ)的一部分，聊考(聊城一河南省兰考)断裂带又将全市分为2个二级构造单元，其西部为辽冀台向斜(Ⅱ1)，东部为鲁西台背斜(Ⅱ2)。辽冀台向斜中有2个三级构造单元，即临清坳陷区(Ⅲ1)和内黄隆起区(Ⅲ2)；鲁西台背斜中有1个三级构造单元，即茌平断起区(Ⅲ3)。自西向东又分7个四级构造单元；馆陶凸起区(N1)、临清凹陷区(N2)、高唐、堂邑凸起区(N3)、莘县凹陷区(N4)、阳谷凸起区(N5)、东阿凹陷区(N6)、平阴凸起区(N7)。境内分布许多断裂，其走向一般呈北东向。较大的断裂为聊考大断裂，其次有冠广(冠县-广饶)断裂、冠县断裂、堂邑断裂、聊城断裂、茌平断裂、东阿断裂、馆陶断裂、马陵断裂。另外，还有许多小断裂。
自晚第三纪以来，境内普遍接受了上第三系和第四系的沉积(主要为黄河泛滥冲击物和洪积物)，除东阿沿黄河一带不足50米高的10余座孤山有古生界奥陶系灰岩出露外，其余均为新生界第四系所覆盖。第四系厚度一般为30～270米，以临清、莘县、高唐一带厚度较大。第四系包括全新统和更新统。全新统主要为冲积物和洪积物，沉积厚度7～25米，广泛分布于全市；更新统主要为河湖相沉积，厚度30～260米。第四系以下主要有：上第三系明化镇组、馆陶组；下第三系东营组、沙河街组、孔店组；古生界石炭二迭系、奥陶系、寒武系，还有古生界变质岩等。
【地形地貌】境内地形为黄河冲积平原，地势西南高、东北低，地面坡降1/6500～1/7500，海拔高度为22.6～49.0米。由于受黄河历次决口的改道和自然侵蚀的影响，形成了微度起伏，岗、坡、洼相间的平原微地貌。境内地貌主要分为河滩高地、决口扇形地、浅平洼地、缓平坡地、背河槽状洼地、沙质河槽地等6种类形。此外，东阿县境内尚有10余座石灰岩浅丘。全境有岗地4023平方千米，占46.8%；坡地3744平方千米，占43.6%；洼地823平方千米，占9.6%。按土壤发生分类，全市土壤共分为褐土、潮土、盐土和风沙土4个土类，10个亚类，25个土属，104个土种。分布最广、面积最大的是潮土类，占全市土壤面积的93.9%。土壤特点是土壤深厚，沙粘相间，质地较均匀，土壤肥力较低，盐碱化土壤面积较大。
【河流】主要河流有黄河、金堤河、徒骇河、马颊河、卫运河及小运河。除黄河、金堤河属黄河水系外，均属海河水系。黄河、卫运河常年流水，徒骇河、马颊河及金堤河均为季节性河道。黄河，自河南省台前县张庄入境，至东阿县李营出境。境内河长59.51千米，流域面积29平方千米。金堤河，自莘县高堤口入境，经阳谷县陶城铺至河南省张庄闸复入黄河。沿境河段长度83.4千米，平均河宽260米，流域面积93平方千米。卫运河、漳河、卫河汇流后称卫运河。自冠县班庄入境，至临清石槽乡权庄北出境。沿境干流长度74.52千米，其主要支流有长顺渠、车庄沟等，流域面积485.6平方千米。马颊河，古为禹疏九河之一，因河道上宽下窄，形如马颊得名。自莘县董杜庄乡沙王庄入境，至高唐县梁村镇董姑桥进入夏津县境。境内长度123.24千米，流域面积2870.8平方千米。徒骇河，自莘县古云镇文明寨起，至高唐县固河镇李集出境，境内长度169.25千米，其主要支流有金线河、四新河、羊角河、赵王河、七里河、管氏河、赵牛河等，流域面积5189.1平方千米。京杭运河，境内段称小运河，自阳谷县张秋镇入境，至临清入卫运河。今为引黄灌溉及排涝河道。境内段长97.5千米，仅利用张秋闸至与赵王河合流处一段，流长39.26千米，流域面积285平方千米。
【土壤】按全国第二次土壤普查分类系统，全市土壤共分为褐土、潮土、盐土和风沙土4个土类，褐土、潮土、湿潮土、脱潮土、盐化潮土、碱化潮土、潮盐土、流动风沙土、半固定风沙土、固定风沙土10个亚类，27个土属，104个土种，全市土壤总面积为70万公顷。按全国土地生产力分级，全市无一级地，二级地17万公顶，占总面积的24.2%，主要分布在茌平、莘县、阳谷、高唐等县；三级地35万公顷，占总面积的45.5%，主要分布在冠县、临清、东昌府区、莘县等县市区，是全市面积最大、分布较广的一种土地；四级地13.8万公顷，占总面积的22.3%，主要分布在阳谷、高唐、东昌府区等县区；五级地5.85万公顷，占总面积的8%，主要分布在阳谷、高唐、茌平等县；六级地只有587公顷，分布在东阿县。各县市区之间各级别面积差异较大。
【植被】据1985年土壤普查资料，境内天然植被很少，仅有零星灌木林64公顷，占土地总面积的0.074%，分布在古黄河故道沙丘地带。地表植被多为农作物，人工栽培的用材林、农田林网、“四旁”树木和经济林木及次生草木植物群落。1985年林木覆盖率为9.1%，1990年，林木覆盖率提高到13.7%。2001年，境内共完成成片造林9300公顷，育苗面积2800公顷。年末林木覆盖率达到15.7%。2005年全年造林0.98万公顷，林木覆盖率达到25.1%。
【气候】地处温暖带季风气候区，具有明显的季节变化和季风气候特征，属半湿润大陆性气候。大陆度为62.8～64.8，年干燥度为1.7～1.9。四季分明，干湿季节明显，光照充足，雨热同步，降水时空分布不均。“春旱多风，夏热多雨，晚秋易旱，冬季干寒”为四季气候的基本特征。日照累年平均日照时数2463.0～2740.8小时，年平均日照率为56～62%。其分布趋势由西南向东北递增，莘县最少，茌平最多。全年日照时数，春、夏季最多，冬季最少。5～6月份平均日照达521～578小时，占全年的21%左右。日平均日照8.4～9.4小时。气温全市平均气温12.8～13.4℃，由西北向东南递增。临清最低为12.8℃，东阿最高为13.4℃。月均气温1月最低，为-2.2～-3.3℃；7月最高，为26.5～26.8℃。年均最低气温7.6～8.4℃，年均最高气温19.1～19.4℃。降水全年降水量为567.7～637.3毫米，东部、东南部多于西部、西北部，东阿最多达637.3毫米，高唐最少为567.7毫米。年际间降水量差异较大，年降水量最多1004.7毫米(1961年茌平)，最少273.0毫米(1972年临清)。霜冻20世纪50～90年代，霜冻初日(以地面最低温度≤0℃作为霜冻指标)，平均在10月24～28日，最早出现在10月6日(冠县)，最晚出现在11月22日(茌平)。无霜期日数平均193～201天，最长227天(冠县、东阿)，最短167天(临清)。湿度年均相对湿度为56～68%，自北向南递增，以8月份最大，为81～82%，5月份最小，为55～59%。风多南风和偏南风，出现频率为15～20%。风速年均3.2～3.7米/秒，春季最大为4.1～4.6米/秒。
【气温】市域属鲁西平原，地势平坦，地貌类型差异微小，年、月平均气温各县市区差别不大。全市年平均气温13.1℃左右，由西北向东南递增，临清最低为12.8℃，东阿最高为13.4℃，增幅为0.6℃。境内年平均气温的变动范围一般在12～14℃之间。月平均气温1月最低，为-2.2～-3.3℃，东阿较临清高1℃；7月最高，为26.5～26.8℃，各县市区差异较小；6月中旬至8月中旬，旬平均气温高于25℃；4～10月，月平均气温在13.9～26.8℃之间。全市平均最低气温一般在8℃左右，极端最低气温-20.3～-22.7℃。-10℃的极端低温日数，临清、高唐分别为24.1天和19.2天，其余县区仅10.4～16.2天，不影响冬小麦的安全越冬。年平均日较差11℃左右。5月份为全年温度日较差最高之月，多年平均在12.7～13.6℃。7月份日较差相对较小，一般在8.9～9.5℃之间。全市年平均最高气温19.0℃左右，最高日出现在6月份，为32.0℃左右。4～10月是农作物的生长季节，气温一般在20～32℃，基本适宜农作物生长。极端最高气温全市在40.3～41.9℃，≥30℃以上的高温日数年平均74.6～79.1天，以冠县、莘县、高唐最多，都在78天以上，主要集中出现在6～7月份；≥35℃的高温日数年平均12.4～15.9天；≥40℃的最高气温年平均0.1～0.6天，出现机遇很少，对农业生产影响不大。
【自然灾害】有旱涝、冰雹等灾害。旱涝灾害的主要特点是频繁多变，旱多于涝，旱、涝交替和连续发生。1644～1911年，旱灾年占37.7%，涝灾年占35.8%。1912～1992年，旱灾年占50%，涝灾年占30%。1929～1935年，连续雨涝4年。1943年，聊城、堂邑和冠县一带大旱，造成方圆几十里的无人区。建国后，1961～1964年连涝4年，1965～1968年连旱4年，1970～1973年旱涝交替。1981～1989年连旱9年。1990～1999年又出现旱涝交替现象，1991、1992、1994、1996年，全市受旱面积均在40万公顷以上。冰雹灾害，建国前，境内冰雹几乎年年发生。建国后50年间，年均降雹次数0.6～1.8次，大致轻灾5年2～4遇，重灾5～10年1遇。一年之内春、夏、秋三季均有发生，最早出现在4月上旬，最晚为10月下旬，集中出现在6～7月份，其中6月份占年降雹次数的40%。
【自然资源】土地资源市内土地总面积871457.15公顷，人均土地面积0.16公顷，人均耕地数量高于全省和全国。土地质量较好，土层深厚，沙粘适中，垦殖率较高，耕地数量较多。土壤由黄河泛滥冲积而成，具有以下5个特点。一是土层深厚，沙粘相间。由于黄河多次泛滥沉积，使黄河覆盖厚度达数百米，并形成沙粘相间的土层构造，在1.5米土层内，沙均质占21.2%，壤均质占20.4%，粘均质占3.1%，沙体型占2.7%，壤体形占2.2%，粘体型占9.3%。沙底型占11%，夹粘型占8.3%，共他型占21.8%。二是土壤颗粒比较均匀，无大沙粒。粉沙粒约占80%，毛管孔隙占绝对优势，毛管水上升高度可达到1.8米；渗透性差，水和盐不易自土体排出，土壤易发生盐渍化。三是土壤呈中性至微碱性，土壤酸碱度(PH)7.5～8.5碳酸钙含量高，有强石灰性反应。所以，施用铵态氮肥易挥发，水溶性磷肥易固定，不适宜喜酸性植物生长。四是成土母质为黄土高原土壤，具有一定肥力，沉积后即可垦为农田。但由于养分自然分解快，人工投入少，使土壤肥力处于较低状态。五是土壤中含有一定数量的可溶性盐类，耕层土壤一般含盐量0.1～0.2%，盐化土壤含盐0.2～0.5%。土壤类型主要有潮土、盐土、风沙土、褐土4个土类，其面积分别占全市土壤面积的93.8%、2.2%、3.9%和0.1%。按土壤表层质地分，有沙土、沙壤土、轻壤土、中壤土、重壤土和粘土。全市耕层土壤养分状况为有机质含量较低，氮素、磷类不足，钾素含量较高，微量元素缺乏。根据1989年土壤测定，全市土壤有机含量0.262～1.486%，全氮0.0224～0.120%，碱解氮24.9～98.4PPm，速效磷2.45～28.0PPm，速效钾62～205PPm。按全国土壤养分含量的六级标准划分，除速效钾属三级外，其他养分含量属于四级和五级。按全国土地生产力分级标准划分，全市没有一级地，二级地占24.2%，三级地占45.5%，四级地占22.3%，五级地占8.0%，各县市区差异较大。水资源聊城市境内水资源有地表水、地下水、客水。当地水资源受制于大气降水，客水受制于黄河、漳卫运河、金堤河的来水。市内的浅层地下水适宜开发利用的面积占全市总面积的81.9%。深层地下水都有淡水可开发利用，但是域内参与循环逐年得到更新和恢复的水量都较少。降水多年平均产生的地表径流量为3.125亿立方米，降水入渗补给浅层淡水资源量为8.32亿立方米，扣除重复量后多年平均当地水资源总量为11.388亿立方米。按2001年底全市人口耕地计算，人均占有当地水资源量为204立方米，亩均占有当地水资源量为137立方米，由于经济技术等多种原因，目前尚不能全部开发利用。浅层地下水咸水、微咸水由于灌溉技术和淡化技术问题没有得到解决，目前还不能全部开发利用，当地地下水资源的可利用量仅为7.07亿立方米。客水资源来量逐年减少，由于引黄河水限流，多年平均进入市内外界水量为306.3亿立方米，这些径流大部分是在汛期，灌溉季节很少。尤其是黄河水，国家为了保证城市生活及重点工程项目用水，对沿黄省份的引水量做了定量限制。金堤河、卫运河近年来径流量很少，甚至断流，多年平均引、提两河水量仅为1.12亿立方米。地表水资源聊城市地表水水资源主要有降水径流过境河道引用水量和入境河道的径流量作为境内的地表水资源量。入境河道(徒骇河、马颊河)多年平均径流量0.41亿立方米，过境河道的引用量10.33亿立方米(黄河8.5亿立方米、金堤河1.12亿立方米、漳卫运河0.71亿立方米)，多年平均引客水资源量为11.74亿立方米。当地多年平均降水径流量为3.125亿立方米。全市地表水资源量共计14.87亿立方米，可利用总量为12.00亿立方米(包括引用客水资源量)。地下水资源聊城市属黄河下游冲积平原区，地下水资源评价的主要对象是与大气降水和地表水有直接联系并参与水循环的浅层地下水，重点是计算全市地下水矿化度小于2克/升的浅层淡水资源，深层地下水资源由于受地理环境的制约，具有相对稳定的区域性隔水层，外区域的水源很难补给。目前只研究浅层地下水水资源，全市各种入渗补给量多年平均为14.08亿立方米，其中降水入渗补给量9.17亿立方米，蓄水入渗补给0.19亿立方米，引客水灌溉入渗补给3.97亿立方米，河道侧渗补给量0.22亿立方米。矿产资源主要有煤炭、石油、天然气，石膏、石灰石、饮用矿泉水和温泉水等。煤炭：有阳谷-茌平煤田，面积2297.6平方千米，预测储量(E+F级)217亿吨。该矿田-1000米以浅煤层分布范围广，煤层层数多、厚度大，储量丰富，煤质优良，水文地质条件较简单，被评为全国一般矿种重大突破项目之一。另有东昌府煤矿区，为典型的华北石炭一二迭系煤田。矿区可采煤层8层，局部可采煤层3层。按-1100米以浅煤层计算储量，C级3.44亿吨，D级9.42亿吨。石油、天然气储集地段分布在莘县、高唐大部，东昌府、临清中部，茌平西部和冠县东部。其中，中原油田三部油区，生油岩体厚度约700～800米。石油储量3000万吨，天然气储量1万亿立方米。中原油田三厂设于此区，有生产油井330眼、天然气井2眼，年产原油100万吨左右，伴生气1亿立方米。莘县凹陷生油区，面积约2600平方千米，生油岩体约4333亿立方米，顶板埋深1118～1439米，生油岩体厚度1389～1771米以上。冠县凹陷生油区，面积约1100平方公里，顶板埋深1688米，生油岩体厚度2000米左右，体积2117亿立方米。1989年，胜利油田钻井队在东昌府区梁水镇梁闸村附近打出贾2号探井，在此井-2400米处发现了7米厚油气层，在-2674～-2689米处发现15米厚的质地良好的油气层。
【生物资源】动物资源聊城市境内兽类主要有赤狐、狸、獾、黄鼠狼、鼠晏鼠、草兔、刺猬、蝙蝠等。鸟类主要有鹰、鹞、喜鹊、乌鸦、麻雀、黄雀、布谷鸟、啄木鸟、猫头鹰、豆雁、家燕、鹌鹑、水鸭、白鹭、红兰顶、鸠、黄鹂等。鱼类主要有黄颡、黄鳝、鲶鱼、赤眼鳟、麦穗鱼、银鱼、船丁鱼、泥鳅、鲚鱼、刺鳅、水蛭等。甲壳类主要有蚌、虾、鳌、蟹、螺、蜗牛等。昆虫类有50余科、170余种。主要有螳螂、蜻蜓、蟋蟀、萤火虫、蚯蚓、黄蜂、蟑螂、蝼蛄、牛虻及蝶类、瓢虫类、草蛉类、蜘蛛类、食虫蝽类、茧蜂类、蚊蝇类、蚁类等。爬行动物主要有蛇、晰蜴、壁虎等。两栖动物主要有青蛙、蟾蜍等。动物类药材有33科36种。主要有土元、蛇蜕、全蜴、水蛭、蟾蜍、蜂巢、僵蚕、鳖甲、刺猬皮、鸡内金、蜈蚣、蝉蜕、驴皮等。植物资源聊城市境内野生植物类有20余斜130余种。订有杨柳、杜李、酸枣棵、青蒿、碱蓬、茅草、芨芨草、苦菜、曲菜、沙打旺、水稗、莠草等。水生藻类有绿藻、金鱼藻、狐尾藻等。微生物类主要有地衣、苔藓、寄生蜂、寄生蝇类。食用菌类主要有木耳、蘑菇等。植物类药材主要有5大类183种。根茎类有白芭根、芦根、香附、地骨皮、地黄、藉节、半夏、桑根皮、天花粉等。果实类有亭苈子、兔丝子、蛇床子、牵牛子、白蒺痢、大麻仁、杏仁、桑椹子、苍耳子、地肤子、苦楝子、枸杞子、莲子、柏子仁、枯萎、槐角、王不留、银杏、枣仁、桃仁等。花叶类有槐米、野菊花、蒲黄、霜桑叶、侧柏叶、石榴花、艾蒿等。全草类有大蓟、紫花地丁、蒲公类、薄荷、马齿苋、青蒿、菌陈、益母草、车前草、瓦松、猫眼草、地绵草、透骨草、旱莲草、罗布麻等。藤枝皮类有臭椿皮、桑白皮、桑枝等。淡水产资源聊城市毗邻黄河，地表水量大，黄河年流量达400亿立方米以上，为水产养殖用水提供了可靠保证；2001年，全市有可开发的水域资源近6.6万公顷，已利用2万公顷，尚有2万顷待开发利用，其中可开发利用废弃窑场189处，占地0.31万公顷。全市水产养殖面积超过0.33万公顷的有东昌府、茌平、东阿3县(区)。境内河流纵横交错，河网密布。除马颊河、徒骇河两条主要排水干流外，尚有34条流域面积大于100平方千米的支流；引黄干渠、引金干渠及配套渠道，形成较完善的排灌工程体系。湖泊有聊城和高唐2处人工湖，其中聊城东昌湖近5平方千米，容积约800万立方米；鱼邱湖北湖约0.6平方千米，容积约117万立方米；全市多年平均年降水量为587.1毫米，多年平均降雨径流量为3.88亿立方米。过境地表水较为丰富，有黄河、金堤河、漳卫运河的径流可资利用。京九铁路、邯济铁路、济聊馆高速公路途经境内施工过程中，形成不规则坑塘1067公顷、取士点相间占地933公顷，为潜在的巨大水产资源财富。