【地质环境】 县境地处中朝准地台，鲁西断块隆起区中部，由汶泗断陷盆地、汶东断陷盆地及皋山玉皇顶复背斜等几个构造单元组成。属华北地台地层区鲁西地层分区泰安地层小区。地层排列由老到新为：太古界泰山岩群，古生界寒武系～奥陶系、石炭系——二叠系，新生界第三系、第四系地层。太古界泰山岩群境内仅残留少量泰山岩群雁翎关组地层，岩性多斜长角闪岩及云英片岩和透闪片岩等零星分布，主要在黑山头一带及西北部覆盖层之下有发育，分布范围都很小，或呈条带状或呈透镜体状。古生界寒武系～奥陶系，主要有长清群、九龙群、马家沟组三部分发育。其中长清群主要发育在宁阳东部磨坊葛家庄一带，西部仅在穗山和龟山一带有发育，岩性主要以深灰色泥晶灰岩为主；九龙群在全县境内分布较广，东部山区和西部山区均有大面积发育；马家沟组仅在东部山区有少量发育。石炭系——二叠系，主要有本溪组、太原组、山西组、石盒子组四大部分组成。其中，本溪组主要分布于东部西磁窑至北故城一带，由一套杂色泥岩及灰岩组成，底部发育G层铝土矿和山西式铁矿；太原组、山西组是主要含煤层之一，主要分布于县城附近，及东部华丰矿区一带；石盒子组在宁阳煤田有发育，中下部发育有A层铝土矿。新生界第三系主要由朱家沟组、大汶口组两部分组成。其中朱家沟组主要在东部华丰和东庄一带大面积分布，西部三埠村一带也有小面积分布；大汶口组主要在东部华丰马家寨一带有分布，西部县城以南也有发育。第四系主要有山前组、临沂组、沂河组三部分组成。其中山前组主要分布于低洼处和山前坡地一带，以灰黄色含砾砂质粘土为主；临沂组主要分布于冲积平原区，以黄土、含粉砂黄土为主；沂河组主要分布于古河道及现代河流、河漫滩等地，以黄色砂质含砾砂层为主。
县境横跨汶泗断陷盆地，告山玉皇顶复背斜、汶东断陷盆地等三个四级构造单元，各构造单元排列和展布方向为近东西向偏北西，盆地以发育脆性断裂为主，基本有三组，即东西向、北西向和北东向，而复背斜区则以发育各种面状、线状等透入性构造为主，以及一些韧性变形构造等。县域地质基底构造集中出露于县境中部和东南部前寒武侵入岩区，穗山一带也有少量的出露，主要为韧性挤压剪切作用形成的片麻理、条带状构造和韧性剪切变形等。县境主要的地质断裂构造为汶泗断层，是境内典型的东西向断层之一，控制着汶泗断陷盆地的发育和展布，使宁阳西部地区赋存了丰富的煤炭资源，由其派生出来的其他东西向断层地较多，并分布在煤田内，对地层和煤层起主要控制作用。境内北西向断裂较多，比较大的有滋阳断层、峄山断层和南落星断层，峄山断层为宁阳含煤区的东部边界断层。境内北东向断裂发育较少，比较典型的有南故城断层。该断层南起高庄以南，北入岱岳区，在境内延长约8公里以上。
【地貌环境】 境内地势东高西低。东部为低山丘陵区，最高海拔608米；西部为平原地带，最低海拔46米。主要地貌类形有低山、丘陵、平原和水面。
低山 境内低山头146个，大都呈东西走向。东部凤仙山最高，海拔608米；中部凤凰山最高，海拔548.1米；西部鹤山最高，海拔252.6米。全县海拔200米以上的山共29座。山区面积138平方公里，占总面积的12.3％。东庄乡南部、鹤山乡西部是青石山，其他是沙石山，土层较薄，水源缺乏。
丘陵 境内丘陵主要是缓坡丘陵，分布于低山周围，海拔70～200米。主要分布在磁窑镇、华丰镇、东庄乡、蒋集镇、堽城镇5乡镇南部和鹤山乡西部及葛石镇大部，面积432平方公里，占全县总面积的38.4%。
平原 境内平原主要分布于宁阳镇、泗店镇、东疏镇、伏山镇、乡饮乡等5个乡镇及鹤山乡东部，堽城镇、蒋集镇、磁窑镇、华丰镇、东庄乡5乡镇北部沿汶河地带，海拔46米～70米，面积544平方公里，占全县总面积的48.4%。西部平原为大汶河第四纪冲积平原，面积大，地势平坦，北高南低。北部汶河平原呈带状，南北宽2.5公里左右，南与丘陵、山地相连，自然地势南高北低。
水面 全县水面11平方公里，占总面积的0.9%。主要分布于山区水库、塘坝和汶河沿岸的坑塘。
【水文环境】 境内多年平均径流深136.5毫米，径流模数为每平方公里13.66万立方米。地表水多年平均可利用模数为每平方公里3.89万立方米。境内地下水分为4种水文地质单元。西部冲积平原，面积285平方公里，地下水丰富，水质好，开采利用条件好，单井出水量大于每小时50立方米；山前冲积平原，面积151平方公里，地下水贫乏；低山丘陵区，面积479.8平方公里，地下水埋深浅、水量小、含水层厚度小；可溶性岩区，面积209平方公里，易补给、易排泄、变幅大。
【河流环境】 境内主要河流有19条，分属黄河、淮河两大流域。东部山区大汶河、石崮河、北鄙河、故城河、海子河、曹河、龙泉河、苗河、王家河等9条河道属黄河流域汶河水系，西部平原区洸河、汗马河、罗河、宁阳沟、赵王河、北泉河、南泉河等10条河道属淮河流域运河水系。所有河流均为季节性河流，以排涝泄洪为主。
【植被环境】 境内原生植被已绝迹。现有的自然植被均为次生草本灌木植物，生长在棕壤、褐土、潮土和砂姜黑土中。棕壤的自然植被多为落叶灌丛，主要有胡枝子、白檀、黄栌、山枣等；灌木草层中有野菊花、结缕草、鬼针草、蒿草等。褐土中的自然草丛主要有山草、狗尾草、远志、地黄等。潮土的自然植被，落叶灌丛有杞柳、白蜡、紫穗槐等；草甸类有羊胡子草、芦苇；沼泽类有白茅、节节草、莲。另外，有香附子、砂生、苣荬菜、画眉草、三梭草等。在砂姜黑土中，有苍耳、马齿苋、香蒲、马唐、小旋花、蒲公英、茅草、托秧草、莎草、车前草、菟丝子草等。
境内人工植被以种植的粮食、油料、蔬菜、棉花、药材等农作物为主。林木以防护林、用材林、经济林为主，如柏、松、槐、杨、柳、榆、椿、桐、梨、枣、柿、苹果、山楂等树。2007年，全县有林地面积35.7万亩，农田林网69万亩，林木覆盖率达32.8%。
【气候环境】 境内属北温带大陆性半湿润气候，一年四季分明。春季温度回升快，变化剧烈，降水稀少，多西南风，常形成春旱；夏季高温、高湿，天气炎热，降水不均，常有伏旱、内涝、暴雨、冰雹、连阴雨等灾害性天气；秋季，秋高气爽，气温下降快，降水偏少，秋旱经常发生；冬季天气干冷，雨雪稀少，多刮北风。
气温 2003－2007年，境内年平均气温为13.7℃。1月份平均气温最低，为～1.4℃；7月份平均气温最高，为26.1℃。年平均日温差11.1℃，6月份最大为12.4℃，8月份最小为8.5℃。极端最高气温38.6℃，出现在2006年6月20日；极端最低气温～16.0℃，出现在2003年1月5日。平均最高气温在6月份，为31.5℃；平均最低气温在1月份，为～6.1℃。
降水 2003—2007年，境内年平均降水量885.5毫米。分布较均匀，年际变化不大。最多的年份为2003年，降水量1106.1毫米；最少的年份为2005年，降水量805.2毫米。雨季出现在7—9月，其中以7月份最多，经常出现暴雨、大暴雨。全县年平均暴雨日数9天。冬季降水量较少，秋天常有连阴雨天出现。
日照 2003—2007年，境内年平均日照总时数10643.3小时，日照百分率48%，12月份最少128.5小时，日照百分率43%。7月份阴雨天偏多，日照时间较短，平均每天只有5.4小时。
气压和风 2003—2007，境内年平均气压1009.0百帕。12月份最高，平均值为1020.5百帕；7月份最低，平均值为996.4百帕.气压四季变化比较明显，一年中1—7月份递减，8—12月份递增。其变化恰好与气温的年变化相反。
春季境内多东南风，夏初有短时间的西南风，秋冬季节多东南风和北风。常年主导风向为SE，出现频率为17%。年最大风速14.0米/秒，年极大风速22.6米/秒，均出现在2004年6月23日。正常风力一般为2～3级。
总云量和低云量 境内云的分布特点是白天多于夜间，以14时云量最多，2时云量最少。夏季云量最多，平均总云量在6成以上，7、8月份平均在7成以上，11月份和1月份最少，平均总云量4.7成。低云量以夏季7—8月份最多，平均5成以上；冬季最少，平均2成左右。
轻雾和雾 境内雾平均每年出现21.6次，其中冬季最多，3—6月份最少；夜间至早晨出现多，白天14时以后出现少。轻雾每年平均出现165.6次，9—11月份出现较多，5月份出现最少。
蒸发和湿度 2003—2007年，境内年平均蒸发量1470.0毫米，最大蒸发量出现在2005年，达1583.0毫米；最小蒸发量出现在2003年，为1370.1毫米。境内年平均相对湿度70%，冬春季节较小，7、8月份较大。
地温 2003—2007年，境内年平均地面温度为16.1℃。极端最高地温为63.6℃，出现在2006年7月26日；极端最低地温为-16.1℃，出现在2003年1月5日。