Địa hỡnh khụng phức tạp lắm so với cỏc tỉnh trung du, miền nỳi khỏc, đõy là một thuận lợi của Thỏi Nguyờn cho canh tỏc nụng lõm nghiệp và phỏt triển kinh tế xó hội núi chung so với cỏc tỉnh trung du miền nỳi khỏc.
Khớ hậu chia làm hai mựa rừ rệt, mựa mưa từ thỏng 5 đến thỏng 10 và mựa khụ từ thỏng 10 đến thỏng 5. Lượng mưa trung bỡnh hàng năm khoảng 2.000 đến 2.500 mm; cao nhất vào thỏng 8 và thấp nhất vào thỏng 1. Mựa đụng được chia thành ba vựng rừ rệt: Vựng lạnh nhiều nằm ở phớa bắc huyện Vừ Nhai; Vựng lạnh vừa gồm cỏc huyện Định Húa, Phỳ Lương và phớa nam huyện Vừ Nhai; Vựng ấm gồm cỏc huyện: Đại Từ, thành phố Thỏi Nguyờn, Đồng Hỷ, Phỳ Bỡnh, Phổ Yờn và thị xó Sụng Cụng. Nhiệt độ chờnh lệch giữa thỏng núng nhất (thỏng 6: 28,9°C) với thỏng lạnh nhất (thỏng 1: 15,2°C) là 13,7°C. Tổng số giờ nắng trong năm dao động từ 1.300 đến 1.750 giờ và phõn phối tương đối đều cho cỏc thỏng trong năm. Nhỡn chung, khớ hậu tỉnh Thỏi Nguyờn thuận lợi cho phỏt triển ngành nụng, lõm nghiệp.
Tài nguyờn khoỏng sản phong phỳ về chủng loại, là một lợi thế so sỏnh lớn trong việc phỏt triển cỏc ngành cụng nghiệp luyện kim, khai khoỏng… Tỉnh Thỏi Nguyờn cú trữ lượng than lớn thứ hai trong cả nước, than mỡ trữ lượng trờn 15 triệu tấn, than đỏ trữ lượng khoảng 90 triệu tấn; kim loại màu cú thiếc, chỡ, kẽm, vonfram, vàng, đồng, niken, thủy ngõn… Khoỏng sản vật liệu xõy dựng cũng là tiềm năng nguyờn liệu rất lớn để sản xuất xi măng, sản xuất đỏ ốp lỏt cỏc loại và sản xuất vật liệu xõy dựng.
Hạ tầng cơ sở như hệ thống điện, nước, bưu chớnh viễn thụng, giao thụng (kể cả đường bộ, đường sắt và đường thủy) phỏt triển khỏ hoàn thiện và thuận lợi.
Với lợi thế cú nhiều danh lam thắng cảnh tự nhiờn như Hồ Nỳi Cốc, hang Phượng Hoàng, cỏc di tớch lịch sử như: An toàn khu Việt Bắc - ATK, cú rừng Khuụn Mỏnh và di tớch khảo cổ học thời kỳ đồ đỏ cũ ở huyện Vừ Nhai.
Bờn cạnh đú, cũn cú cỏc di tớch kiến trỳc nghệ thuật chựa chiền, đỡnh, đền tại nhiều địa phương trong tỉnh như: Khu Bảo tàng Văn húa cỏc dõn tộc Việt Nam, Đền Đuổm, chựa Hang, chựa Phủ Liễn, đền Xương Rồng, đền Đội Cấn. Hiện nay, Thỏi Nguyờn đang triển khai quy hoạch khu du lịch hang Phượng Hoàng, suối Mỏ Gà, Hồ Suối Lạnh... và cả hệ thống khỏch sạn chất lượng cao gần đạt tiờu chuẩn quốc tế. Năm 2007 Thỏi Nguyờn đó tổ chức rất thành cụng năm du lịch quốc gia hướng về cội nguồn chiến khu Việt Bắc thu hỳt hàng triệu khỏch du lịch đến thăm trong đú cú nhiều khỏch nước ngoài.