一、地形、地貌
柴达木盆地四周高山环抱，西北有阿尔金山，东北有祁连山，南为昆仑山，东为鄂拉山。宏观上盆地为不规则菱形的大型山间盆地，盆地中部的赛什腾山、锡铁山、绿梁山、阿木尼克山、牦牛山等将主盆地分割为尕斯库勒湖、苏干湖、马海、鱼卡、大柴旦、小柴旦、德令哈、乌兰等次级盆地，从盆地周缘到中心依次发育极高山、高山、丘陵、山前洪积平原、冲洪积平原、冲湖积平原和湖积平原，沼泽、盐沼及湖沼等叠置在冲湖积平原和湖积平原之上。山区海拔均在4000m以上，最高点位于工作区西侧布喀达坂峰，海拔为6377m，平原区平均海拔在2800m左右，最低点位于达布逊湖南缘，海拔为2676m。
柴达木盆地总的地貌特征是:①地貌的基本格局受构造控制，多呈北西西—南东东走向，大地貌单元基本上按此方向呈带状展布，构成本区的地貌基本骨架。盆地北缘的祁连山脉和南侧的昆仑山脉，其走向均呈北西西或近东西向，唯西北边的阿尔金山脉呈北东向。②经向地貌差异虽然不像纬向那样明显，但也有其特色。位于盆地东侧的鄂拉山，为北北西—北西走向的山地，自乌兰附近延伸到兴海黄河附近，成为柴达木盆地和茶卡共和盆地之间的天然分界线。③在垂直方向上，具有地貌形态上的成层分布和地貌作用的垂直分带特征。本区高原山地具有明显的地貌成层结构，反映了不同地貌作用的垂直带谱。自上而下有:极高山、高山、中山、丘陵、平原。④地貌类型具有多样性。陆地地貌类型齐全，构造地貌类型十分丰富，有强烈差异运动地区，也有相对稳定地区，有新构造活动断裂，也有第四纪的穹丘和坳陷等褶皱，同时各种外营力地貌类型也很发育，如冰川与冰缘地貌、风成地貌、流水和湖泊(包括盐湖)地貌。
二、气象、水文
盆地中部的平原区海拔2676～3000m，地势低洼，四周高山环绕;西南暖湿气流难以进入，降水稀少，蒸发量大，气候干燥，相对湿度40%左右;大气透明度好，日照时间长，太阳辐射强，气温较高，无霜期较短，盆地内各地平均日照时数一般为3000h，日照百分率达70%以上。盆地四周山地因海拔较高，气候寒冷，空气干洁稀薄，日照时间较长，除山谷地带外，年日照数均在2700h以上。降水方式多变、降水量差值大是柴达木盆地的降水特点。据气象站多年观测资料分析，盆地多年平均降水量16.09～189.73mm，东南部都兰最高，西部冷湖最低，并随海拔高度和经度的增加而增大。柴达木盆地蒸发强烈，干湿分明。气象站多年观测资料表明，盆地多年平均蒸发量1973.62～3183.04mm，东南部低，西部冷湖最高，随海拔高度的增高和经度的增加而降低。
柴达木盆地水系属青海省内陆水系之一，盆地平原区降水稀少，山区降水相对较多，雪线以上的山峰和沟壑，终年覆盖着积雪和冰川，河流发育。全盆地共有大小河流79条，其中季节 性河流42条，暖季丰水，冷季枯水或干涸，而长年有水的较大河流有37条。这些河流的共同特点是:发源于四周山区，其补给源有冰雪融水、地下水和大气降水;所有大小河流都以盆地为中心，呈辐射状分布，属无出口的高原内陆河流，河水通过地表及地下径流，最终注入各自的汇水中心，形成尾闾湖;多数河流河水在山前平原区大量渗失，补给地下水，至细土平原带地下水又大量泄出地表，形成泉集河。多数河流长度不超过1000km，汇水面积小于5000km2;山区河流落差大，水量也较大，蕴藏有较丰富的水能资源。
三、地质、构造
柴达木盆地为中新生代断陷盆地，盆地总体结构表现为东昆仑山和祁连山相向盆地挤压对冲，阿尔金山向东南方向逆冲，形成四周隆升成山而盆地沉降的构造格局。柴达木盆地四周环山，盆地与山区均以断裂为界，四周边界呈不规则的菱形。盆地内区域性深大断裂发育，多为逆断层，有的长达数百千米，在山区出露于地面，在平原区为隐伏断裂;盆地北西侧为阿尔金山左行走滑断裂，北侧为向南逆冲的柴北缘断裂，南侧为祁漫塔格山北缘向北逆冲的昆北断裂，盆地中部是三湖大断裂。盆地基底由前古近-新近纪地层组成，盖层为古近-新近系和第四系。盆地周边山区以前古近-新近纪地层为主，盆地区及盆缘带以古近-新近纪地层为主，第四系主要分布于盆地之中和山间宽谷区。
1.盆地基底
前寒武纪地层。盆地前寒武系出露呈平行带状分布为其特征，一条在盆地东部出露于沙柳河和布赫特山一带;中部出露于赛什腾山、达肯达坂、锡铁山、欧龙布鲁克;西部出露于苏干湖北阿尔金山、俄博梁。另外，昆仑中部构造旋回带，它仅出露在那陵格勒河上游的两侧。
早古生代地层。早古生代沉积区是围绕着前寒武纪地层出露，它包裹或覆盖了前寒武系块体。该套地层分布较广，主要有党河南山柴北构造带;自阿尔金山丁字口，经赛什腾山、绿梁山至乌兰盆地北边缘柴中构造带;昆仑山北部和南部带构成的柴南构造带，其中昆仑山北部带西起祁漫塔格山，向东潜没于盆地东部复现于沙柳河，南部带沿博卡雷克塔格山和布尔汗布达山南坡出露。在上述沉积带上的早古生代地层是一套海相碎屑-火山沉积，属浅变质相。
晚古生代地层。由早古生代进入晚古生代，区域上经历了一次强烈的构造变动和较长时间的隆起剥蚀阶段。盆地北部区晚古生代沉积始于晚泥盆世，而且进入了构造上的相对稳定的大陆区，形成了一套陆相为主的沉积地层。
中生代地层。晚古生代末期盆地经历过一次构造运动，一般表现为隆起活动。三叠纪时海水进入，盆地成为浅海或海湾，至三叠纪末，唐古拉山再次隆起成陆。侏罗纪时盆地仍为较大的内陆湖盆，侏罗系十分发育，主要分布于盆地北部地区。
2.盆地盖层
新生代地层。始新世以后印度与欧亚大陆碰撞的远程效应，使包括图区在内的青藏高原崛起，全面进入陆内叠覆造山阶段。古造山带再生，盆地进入以强烈上升运动为主，昆仑山和祁连山抬升速率较大，导致两块体间的盆地相对下沉运动加剧，盆地区古近-新近系广泛分布，为一套冲积扇-河流-湖泊相碎屑岩建造，盆地西部沉积厚度大于5000m。第四纪时期盆地经历了早更新世的河湖期、中更新世山区冰川发育期、晚更新世时盆地湖区出现了局部隆起整体的湖盆开始解体，在干旱气候条件下湖泊逐渐退缩形成的现代盆地中心的盐湖湖泊及盆地边缘的山间盐湖。柴达木盆地以祁连山和昆仑山的侧向挤压而形成了相对的多个坳陷区，从而成为第四纪地层的沉积中心;但由于各坳陷区的沉降幅度相差较大，使第四系厚度横向变化甚大。盆地西部的雁列式隆起带、老茫崖、各盆地近山前大部地区和山间宽谷区第四系厚度多小于500m;盆地西北部的花土沟、冷湖、苏干湖等地和各盆地近山前—中部过渡带大部地区第四系厚度多为500～1000m;盆地西北部的一里坪、马海盆地和东、西台吉乃尔等盆地中部地区第四系厚度1000～2000m，部分地区大于2000m;东达布逊湖和西达布逊湖地区是盆地最大的沉降中心，第四系厚度大于3000m。