Khu Tây Bắc thuộc miền uốn nếp Tây Việt Nam, nằm trong địa máng Têtit và biểu hiện rõ rệt nhất đặc điểm cấu trúc dạng dải của các đới tướng kiến trúc xếp song song theo hướng tây bắc – đông nam. Cụ thể, khu Tây Bắc gồm một hệ thống các phức nếp lồi và phức nếp lõm dạng dải, hẹp ngang sắp xếp xen kẽ nhau theo hướng tây bắc – đông nam: Hồng Liên Sơn – sơng Đà – sơng Mã – Sầm Nưa - Pu Hoạt – sông Cả.
Theo Đovjikov và các tác giả khác thì khu Tây Bắc gồm 11 đới tướng kiến nằm trong kiến trúc uốn nếp Indoxini. Trong đó các đới Phanxipang, sơng Mã – Pu Hoạt là những đới nâng tinh thạch cổ tiền Cambri, sớm trở thành những đới dương ổn định ngay sau chu kì kiến tạo Calêdoni. Đây cũng là khu có cấu tạo địa chất được hoạt hóa nhiều lần và hoạt động tân kiến tạo nâng lên mạnh nhất ở Đơng Dương.
khu địa lí khác ở Việt Nam. Bao bọc ba mặt bắc, đông, tây là những dãy núi, khối núi lớn địa hình đội cao và giữa là hệ thống các mạch núi xen sơn nguyên, cao nguyên đá vôi, các bồn địa, vùng trũng lớn nhỏ mà địa thế thấp hẳn xuống.
Sự tương phản giữa địa hình nâng cao ở bắc, tây bắc và địa hình giảm thấp đột ngột ở phần nam và đôngnam của khu chi phối rất lớn các đặc điểm khí hậu, quá trình xâm thực ngoại lực và ảnh hưởng của các quá trình này tới các khu đồng bằng lân cận.
Các dạng địa hình chủ yếu của khu vực Tây Bắc:
Địa hình núi núi cao: Phân bố chủ yếu ở sườn Tây dãy Hoàng Liên Sơn, dọc biên giới Việt - Trung độ cao > 2600m.
Địa hình núi trung bình: Phân bố chủ yếu ở phía bắc tỉnh Lai Châu, đông bắc tỉnh Lai Châu, khu vực núi sơng Mã độ cao 1700 -2600m.
Địa hình núi thấp: phân bố ở hạ lưu sông Đà, Yên Châu, Bắc n, Phù n, tây Hịa Bình có độ cao 700-1700m.
Địa hình đồi và cao nguyên: Kéo dài từ Phong Thổ tới sát vùng Ninh Bình, với các cao nguyên lớn như: Mộc Châu - Nà Sản (Sơn La), Xín Chải - Tả Phình ở tỉnh Lai Châu.
Bên cạnh đó cịn có địa hình thung lũng giữa núi chiếm tỉ lệ nhỏ so với diện tích tồn vùng. Đây là dạng địa hình tương đối bằng, hình thành các cánh đồng lúa nước tập trung, điển hình là cánh đồng Mường Thanh (Điện Biên), Phù Yên (Sơn La).
Lưu vực sông Đà chạy dọc lãnh thổ Tây Bắc theo hướng Tây Bắc - Đơng Nam. Hai bên sơng Đà hình thành những dãy núi đá vơi kế tiếp nhau và có độ cao giảm dần từ Bắc xuống Nam, kéo dài từ Sìn Hồ (Lai Châu) đến Mai Châu (Hồ Bình).
Địa hình khu Tây Bắc điển hình cho địa hình nhiệt đới được trẻ hóa với độ chia cắt sâu phổ biến từ 750 – 1000m, chia cắt ngang phổ biến 0,6 - 0,7km/km2. Các khối núi cao cấu tạo từ đá granit, đỉnh sắc, nhọn, sườn dốc, độ
dốc sườn trên 350 khá ưu thế. Độ cao trung bình của khu Tây Bắc vào khoảng 800 – 1000m.
Cấu trúc địa hình Tây Bắc gồm ba mạch sơn văn lớn:
Sơn mạch lớn nhất án ngữ phần đông của khu, nằm giữa sông Hồng, Nậm Mu, sơng Đà là dãy Hồng Liên Sơn phát triển trên khối nâng cổ Nguyên sinh Phanxipang.
Dãy núi sông Mã – Pu Hoạt chạy dọc biên giới Việt – Lào là phức nếp lồi lõm kéo dài 500km có cấu trúc địa chất và địa hình cũng rất phức tạp.
Dải núi , sơn – cao ngun đá vơi từ Phong Thổ đến Thanh Hóa, nằm kẹp giữa sông Đà và sông Mã, kéo dài 400km, rộng 10 – 25km, bao gồm các bề mặt tương đối bằng phẳng trên dưới 1000m, xen kẽ những dãy núi, những bồn địa giữa núi.
1.2.3.3. Khí hậu
Vị trí địa lí và đặc điểm địa hình phức tạp của miền Tây Bắc đã chi phối tác động của hồn lưu khí quyển tạo nên những dị thường của khí hậu và tạo nên sự phân hóa khí hậu, khiến cho khí hậu ở đây có những nét khác biệt so với các miền khác và giữa các khu vực trong miền. Các nhà khí hậu học đã nhận định rằng: “Trong miền khí hậu phía Bắc, vùng Tây Bắc thể hiện nhiều nét dị thường nhất so với khí hậu chung tồn miền”. Khí hậu Tây Bắc thể hiện rõ nét nhất sự kết hợp giữa địa hình và hồn lưu gió mùa.
Nằm khuất bên sườn tây dãy Hồng Liên Sơn vùng núi Tây Bắc có khí hậu nhiệt đới gió mùa có mùa đơng lạnh, tuy nhiên so với vùng Đông Bắc của Bắc Bộ, mùa đông ở đây ấm và khô hanh hơn.
Bức xạ tổng cộng ở Tây Bắc khá cao, khoảng 126,8 – 132,6 kcal/cm²/năm, chỉ thua nền bức xạ của miền khí hậu nhiệt đới gió mùa điển hình ở phía nam nước ta.Tổng số giờ nắng ở Tây Bắc cũng khá cao, vào khoảng 1611,0 – 2032,4 giờ/năm, ngang với tổng số giờ nắng ở Thanh Hóa – Nghệ An.