Vị trí địa lý
Tỉnh Thái Nguyên có diện tích 3.562,82 km² phía bắc tiếp giáp với tỉnh Bắc Kạn, phía tây giáp với các tỉnh Vĩnh Phúc, Tuyên Quang, phía đông giáp với các tỉnh Lạng Sơn, Bắc Giang và phía nam tiếp giáp với thủ đô Hà Nội. Tỉnh Thái Nguyên trung bình cách sân bay quốc tế Nội Bài 50 km, cách trung tâm Hà Nội 75 km và cảng Hải Phòng 200 km. Với vị trí địa lý là một trong những trung tâm chính trị, kinh tế, giáo dục của khu Việt Bắc nói riêng, của vùng trung du miền núi phía Bắc nói chung, Thái Nguyên là cửa ngõ giao lưu kinh tế - xã hội giữa vùng trung du miền núi với vùng đồng bằng Bắc Bộ. Việc giao lưu đã được thực hiện thông qua hệ thống đường bộ, đường sắt, đường sông hình rẻ quạt mà thành phố Thái Nguyên là đầu nút [4].
Lưu vực sông Cầu nằm trong tọa độ địa lý: 210
07 - 22018 vĩ độ Bắc, 105028 – 106008 kinh Đông. Sông Cầu là một trong lưu vực sông lớn ở nước ta, có vị trí địa lý đặc biệt, phong phú về tài nguyên cũng như là lịch sử phát triển kinh tế - xã hội của các tỉnh trên lưu vực. Đây là lưu vực quan trọng nhất trong hệ thống sông Thái Bình có tổng diện tích lưu vực 6.030 km với dòng sông chính sông Cầu dài 288,5 km bắt đầu từ núi Vạn On ở độ cao 1175m và đổ vào sông Thái Bình ở Phả Lại.
Địa hình, địa mạo
Thái Nguyên có nhiều dãy núi cao chạy theo hướng bắc-nam và thấp dần xuống phía nam. Cấu trúc vùng núi phía Bắc chủ yếu là đa phong hóa mạnh, tạo thành nhiều hang động và thung lũng nhỏ. Phía bắc Thái Nguyên gồm rừng núi và đồng lầy. Về phía đông có những dãy núi cao nằm giữa những ngọn núi đá vôi ở phố Bình Gia. Về phía đông bắc, có cao nguyên Vũ Phái
được giới hạn bởi những dãy núi đá vôi và có khu rừng núi ngăn chia Lâu Thượng và Lâu Hạ ở phương Nam. Phía tây bắc Thái Nguyên có thung lũng Chợ Chu bao gồm nhiều cánh đồng và những thung lũng nhỏ. Giữa Đồn Đủ và Cổ Lương là một cánh đồng giáp với cao nguyên Trúc Thanh và Độ Tranh gồm nhiều đồi núi lan tới tận khu đồng lầy Phúc Linh. Phía tây nam có dãy Tam Đảo dọc theo cao nguyên Văn Lang và cánh đồng Đại Từ. Tam Đảo có đỉnh cao nhất 1.591 m, có vách núi dựng đứng và kéo dài theo hướng tây bắc- đụng nam. Ngoài dãy núi trên cũng có dãy núi Ngân Sơn bắt đầu từ Bắc Kạn chạy theo hướng đông bắc-tây nam đến Võ Nhai và dãy núi Bắc Sơn cũng chạy theo hướng tây bắc-đông nam. Cả ba dãy núi Tam Đảo, Ngân Sơn, Bắc Sơn đều là những dãy núi cao che chắn gió mùa đông bắc.Thái Nguyên là một tỉnh trung du miền núi nhưng địa hình lại không phức tạp lắm so với các tỉnh trung du, miền núi khác, đây là một thuận lợi của Thái Nguyên cho canh tác nông lâm nghiệp và phát triển kinh tế - xã hội nói chung so với các tỉnh trung du miền núi khác [4].
Lưu vực sông Cầu được bao bọc bởi hai cánh cung: Cánh cung sông Gâm ở phía Tây và cánh cung Ngân Sơn – Yên Lạc ở phía Đông. Lưu vực sông Cầu có địa hình khá phức tạp với 3 vùng sinh thái đặc trưng: Đồng bằng, trung du, miền núi.
Khí hậu, thủy văn
Nhiệt độ trung bình của Thái Nguyên là 25°C; chênh lệch giữa tháng nóng nhất (tháng 6: 28,9°C) với tháng lạnh nhất (tháng 1: 15,2°C) là 13,7°C. Tại thành phố Thái Nguyên, nhiệt độ cao nhất và thấp nhất từng được ghi nhận lần lượt là 41,5°C và 3°C.Tổng số giờ nắng trong năm dao động từ 1.300 đến 1.750 giờ và phân phối tương đối đều cho các tháng trong năm. Khí hậu Thái Nguyên chia làm 2 mùa rõ rệt là mùa mưa và mùa cạn. Mùa mưa từ tháng 6 đến tháng 10 và mùa cạn từ tháng 10 đến tháng 5. Lượng mưa trung bình hàng năm khoảng 2.000 đến 2.500 mm; cao nhất vào tháng 8 và thấp
nhất vào tháng 1. Nhìn chung khí hậu tỉnh Thái Nguyên thuận lợi cho phát triển ngành nông, lâm nghiệp [4].
Đặc điểm hệ thống sông ngòi
Với lượng mưa khá lớn, trung bình 2000 - 2500 mm, tổng lượng nước mưa tự nhiên của tỉnh Thái Nguyên dự tính lên tới 6,4 tỷ m3/năm [12]. Tuy nhiên lượng mưa phân bố không đều theo thời gian và không gian. Thái Nguyên cú 2 sông chính là:
Sông Công : có lưu vực 951km2 bắt nguồn từ vùng núi Ba Lá huyện Định Hóa chạy dọc theo chân núi Tam Đảo, nằm trong vùng mưa lớn nhất của tỉnh Thái Nguyên. Dòng sông đã được ngăn lại ở Đại Từ tạo thành Hồ Núi Cốc có mặt nước rộng khoảng 25km2, chứa được 175 triệu m3 nước [12].
Sông Cầu : nằm trong hệ thống sông Thái Bình có lưu vực 3.480km2 bắt nguồn từ Chợ Đồn chảy theo hướng Bắc - Đông Nam. Tổng lượng nước sông Cầu khoảng 4,5 tỷ khối. Sông cầu được điều tiết bởi Hồ Núi Cốc với dung tích hằng trăm triệu m3
.
Thái Nguyên có trữ lượng nước ngầm khoảng 3 tỷ khối [12].