【地质】 东营市地处华北坳陷区之济阳坳陷东端，地层自老至新有太古界泰山岩群，古生界寒武系、奥陶系、石炭系和二叠系，中生界侏罗系、白垩系，新生界第三系、第四系；缺失元古界，古生界上奥陶统、志留系、泥盆系、下古炭统及中生界三叠系。凹陷和凸起自北而南主要有：埕子口凸起（东端）、车镇凹陷（东部）、义和庄凸起（东部）、沾化凹陷（东部）、陈家庄凸起、东营凹陷（东半部）、广饶凸起（部分）等。
【地貌】 地势沿黄河走向自西南向东北倾斜。西南部最高高程为28米（大沽高程，下同），东北部最低高程1米，自然比降为1/8000～1/12000；西部最高高程为11米，东部最低高程1米，自然比降为1/7000。黄河穿境而过，背河方向近河高、远河低，背河自然比降为1/7000，河滩地高于背河地2～4米，形成“地上悬河”。全市微地貌有5种类型：古河滩高地，占全市总面积的4.15％，主要分布于黄河决口扇面上游；河滩高地，占全市总面积的3.58％，主要分布于黄河河道至大堤之间；微斜平地，占全市总面积的54.54％，是岗、洼过渡地带；浅平洼地，占全市总面积的10.68％，小清河以南主要分布于古河滩高地之间，小清河以北主要分布于微斜平地之中、缓岗之间和黄河故道低洼处；海滩地，占全市总面积的27.05％，与海岸线平行呈带状分布。（史言）
【气候】 东营市地处中纬度，背陆面海，受亚欧大陆和西太平洋共同影响，属暖温带大陆性季风气候，基本气候特征为冬寒夏热，四季分明。春季，干旱多风，早春冷暖无常，常有倒春寒出现，晚春回暖迅速，常发生春旱；夏季，炎热多雨，温高湿大，有时受台风侵袭；秋季，气温下降，雨水骤减，天高气爽；冬季，天气干冷，寒风频吹，多刮北风、西北风，雨雪稀少。主要气象灾害有霜冻、干热风、大风、冰雹、干旱、涝灾、风暴潮灾等。境内南北气候差异不明显。多年平均气温12.8℃，无霜期206天，≥10℃的积温约4300℃，可满足农作物的两年三熟。年平均降水量555.9毫米，多集中在夏季，占全年降水量的65%，降水量年际变化大，易形成旱、涝灾害。
2014年，全市年平均气温14.5℃，比常年偏高1.3℃；年平均降水量357.8毫米；日照时数2380.0小时，比常年偏少259.4小时。全年总的气候特点是：冬季气温偏高，降水量偏少，受雾霾和阴雨（雪）影响，日照时数略显不足；春季气温偏高且变化平稳，降水量偏少且分布不均，前中期降水持续偏少，后期降水偏多，日照时数略偏少，高温、干热风、大雾等天气时有发生；夏季气温偏高，降水偏少且时空分布不均，日照时数较常年偏少，高温、干旱等天气时有发生；秋季气温偏高，降水正常略多，受阴雨和雾霾等影响，大部时段光照条件偏差；年末（12月）气温基本正常，雨雪稀少，光照条件充沛。
2014 年全市各月平均日照时数表
2014 年全市各月平均气温及气温极值情况表
【土壤】 全市土壤分为褐土、砂姜黑土、潮土、盐土及水稻土五个类别。褐土主要分布于小清河以南区域，占全市土壤总面积的4%左右，是全市粮棉菜高产稳产区。砂姜黑土主要分布于小清河南褐土区的低洼处，占全市土壤总面积的0.6%，适种小麦、玉米、高粱等浅根作物，在农业上是较有潜力的土壤类型。潮土占全市土壤总面积的59%，是全市主要的耕种土壤，经耕作改良适种小麦、玉米、棉花等作物。盐土在近海呈带状分布，占全市土壤总面积的36%，自然植被有芦苇、黄须菜、茅草、蒿子等，以开发水、牧养殖(植)为主。水稻土主要分布于利津、垦利老稻区，占土壤总面积的0.2%，经二十多年的水耕熟化，已初步具备了幼年水稻土的特征。（史言）
【水文】 东营市建成国家基本水文站2处，雨量站57处，水位站9处，蒸发站1处，地下水监测井18眼，墒情监测站5处，省级水功能区水质监测站5处、城市重要供水水源地水质监测站1处、入河排污口监测点30处。全市19处区域水资源监测站、17处水文站以及1处市级水文巡测基地及水环境监测中心在规划建设中。
雨情。2014年全市平均降水量357.8毫米，比历年同期偏少34.8%，比2013年偏少48.9%。汛前全市平均降水量77.4毫米，比历年同期偏少11.3%，比2013年偏少29.5%；汛期全市平均降水量241.1毫米，比历年同期偏少41.1%，比2013年偏少56.9%。汛后全市平均降水量39.3毫米，比历年同期偏少24.3%，比2013年偏多25.2%。2014年各县区平均降水量垦利县最大，为397.1毫米；利津县最小，为319.6毫米；其他县区降水量在332.1～381.5毫米之间；最大点降水量为东营区西营雨量站449.0毫米；最小点降水量为垦利县皇殿雨量站267.5毫米。
2014 年全市各县区降水量统计表
地下水动态。全市地下水动态主要受大气降水补给、引水灌溉和工农业开采等因素影响。2014年全市地下水位总体趋势：1～5月份，大部分地区地下水平均水位呈上升趋势；6月1日全市地下水平均埋深为5.18米，地下水平均水位较年初上升0.57米；汛期（6～9月份）降水分布不均且较常年明显偏少，地下水得不到及时补给，汛末较6月1日地下水平均水位下降0.07米；汛后至年末，大部分地区地下水平均水位呈下降状态，年末较汛末地下水平均水位下降0.06米。
入河排污。据实测统计，2014年东营市主要入河排污口污水入河量为8825.88万立方米，COD年入河量4903.15吨，BOD年入河量703.67吨，氨氮年入河量220.12吨，挥发酚年入河量0.88吨，总磷年入河量51.15吨，总氮年入河量2889.63吨。其中进入功能区的量分别为：污水入河量8473.72万立方米，COD4778.07吨，BOD671.77吨，氨氮210.53吨，挥发酚0.87吨，总磷37.38吨，总氮2804.40吨。（市水文局 夏群）
水文巡测车河道测流(市水文局供稿)
【河流水系】 全市共有流域面积50平方公里及以上河流40条，其中跨市河流18条；流域面积100平方公里及以上河流30条，其中跨市河流16条；流域面积1000平方公里及以上河流7条，其中跨市河流7条；流域面积10000平方公里及以上河流2条，其中跨市河流2条。
东营市区域内有三大水系，即黄河水系、海河流域徒骇马颊河水系、淮河流域山东半岛沿海诸河水系。以黄河为分界线，黄河以南属淮河流域，有小清河及其支流淄河、阳河、泥河子、预备河，支脉河及其支流小河子、武家大沟、广蒲河、五干排，广利河及其支流溢洪河、东营河、老广蒲河、五六排，永丰河及其支流三排沟，张镇河、小岛河等20条河流，市境内总长度625.09公里，流域面积160平方公里；黄河以北属海河流域徒骇马颊河水系，有潮河及其支流褚官河、太平河，马新河，沾利河，草桥沟，草桥沟东干流，挑河，神仙沟及其支流新卫东河等10条河流，市境内总长度351.6公里，流域面积2192.7平方公里。2014年东营市是枯水年，境内各河道全年处于保水抗旱状态。
黄河东营段上起滨州界，自西南向东北贯穿东营市全境，在垦利县东北部注入渤海，全长138公里。黄河水径流量年际变化大，年内分配不均，含沙量大。据利津水文站1952～2010年实测资料，黄河多年平均径流量314.7亿立方米，最大973.1亿立方米(1964年)，最小18.61亿立方米(1997年)；最大流量为10400立方米每秒(1958年7月)，最小流量为断流干河；年均输沙量7.89亿吨，最大21亿吨(1958年)，最小0.15亿吨(1997年)。
20世纪90年代，黄河年径流量减少，经常出现断流。1999年后，黄河水利委员会加大调控和沿线引水管治力度，黄河再未出现断流。2014年，黄河利津站来水114.9亿立方米，较多年平均值减少62.6%，来沙0.305亿吨，比多年平均值减少95.8%。
黄河以南的小清河、支脉河是境内除黄河之外最大的两条河流，也是重要的水源地，为广饶县、东营区抗旱除涝保丰产发挥着重要作用。支脉河王营水文站6月1日6时水位1.61米，流量37.4立方米/秒；7月1日6时水位1.22米，流量15.3立方米/秒；8月1日6时水位1.53米，流量32.7立方米/秒；9月1日6时水位1.55米，流量33.7立方米/秒；10月1日6时水位1.16米，流量12.6立方米/秒。小清河石村水文站6月1日6时水位2.46米，流量24.0立方米/秒；7月1日6时水位2.55米，流量22.0立方米/秒；8月1日6时水位2.23米，流量20.0立方米/秒；9月1日6时水位4.00米，流量0立方米/秒（下游关闸）；10月1日6时水位2.72米，流量12.0立方米/秒。
【海域】 东营市海岸线南起小清河向广饶一侧，北至顺江沟向河口区一侧，全长413公里。“0”米至岸线滩涂面积10.19万公顷。负10米等深线以内浅海面积4800平方公里。沿岸海底较为平坦，浅海底质泥质粉砂占77.8％，沙质粉砂占22.2％。海水透明度为32～55厘米。海水温度、盐度受大陆气候和黄河径流的影响较大。冬季沿岸有2～3个月冰期，海水流冰范围为0～5海里，盐度在35‰左右；春季海水温度为12℃～20℃，盐度多为22‰～31‰；夏季海水温度为24℃～28℃，盐度为21‰～30‰；东营海域为半封闭型，大部岸段的潮汐属不规则半日潮，每日2次，每日出现的高低潮差一般为0.2～2米，大潮多发生于3～4月和7～11月，潮位最高超过5米。易发生风暴潮灾。风暴潮存在明显的季节性变化，风暴潮灾害一年四季均有发生，冬半年发生的次数明显多于夏半年，秋冬交替时节发生风暴潮的频率最大。近海在黄河及其他河流作用下，含盐度低，含氧量高，有机质多，饵料丰富，适宜多种鱼虾类索饵、繁殖、洄游。