Miền núi phía bắc được chia làm hai tiểu vùng: Tây bắc và Đông bắc.
Tây Bắc: bao gồm các tỉnh Hòa Bình, Sơn La, Điện Biên và Lai Châu có cấu trúc địa hình chia cắt rất phức tạp với biên độ biên động về độ cao trên mặt biệt rất lớn từ điểm cao nhất là đỉnh Fanxifăng (3.143m) đến điểm thấp nhất là lồng hồ sông Đà (50m). Nằm giữa vùng là một hệ thống các cao nguyên như Tà Phình, Sín Chải, Nà Sản, Mộc Châu,…Nằm cao nhất là cao nguyên Tà Phình 1.400-1.600m với một vài đỉnh núi cao đến 1.900 m, Cao nguyên Sín Chải nằm kề soong Đà nhưng cũng có đồ cao tới 1000m. Hai cao nguyên này có cấu trạo địa chất khá phức tạp với nền đá vôi thuộc kỷ Cambri, kỷ Silua và một số thuộc kỷ Đề vôn, carbon và pecmi. Xen kẻ với đá vôi còn có Quắc xít, Aloclorit, cuội kết, spilít, diaba, foocphilit và diệp thạch sét.
Vượt qua thung lũng Tuần Giáo là cao nguyên Sơn La-Nà Sản có độ cao khoảng 600-700 m. Trên bề mặt cao nguyên còn sót lại nhiều núi đá vôi, diện tích bằng không lớn. Cao nguyên Mộc Châu là phần cuối của hệ thống các cao nguyên vùng Tây Bắc có độ cao trên 1000m tương đối bằng phẳng, cấu tạo bằng đá vôi kỷ Trias hoặc Đề vôn. Tây Bắc có 3 hệ thống núi cao đó là: (i) Dãy Hoàng Liên Sơn nằm ở phía đông với đỉnh cao nhất là Fanxifăng, thấp dần theo hướng đông nam dài gần 180 km, được phân thành 3 đoạn:
Fanxifăng, Pu Luông và Tà Phình. Các đỉnh thuộc dãy núi này có hình răng cưa sắc nhọn, phần đầu được cấu tạo bởi đá granít, phần còn lại được cấu tạo bởi đá phún xuất axít như riolit, octôfia. (ii) Hệ thống núi phía tây giáp Lào,
chính của dãy núi là biên giới Việt Lào, có nhiều nhánh chạy ngang ra sông Đà tạo thành nhiều vùng nhỏ có đặc trưng riêng về địa mạo và thủy văn. Hệ thống núi này được cấu tạo bởi nhiều loại đá khác nhau chủ yếu là trầm tích như cuội kết, sa thạch, alorôlit, đá phiến foocphyrit và riolit. (iii) Hệ thống núi biên giới Việt Trung ở phía bắc là dãy Pusilung có độ cao chẳng kém dãy Hoàng Liên Sơn mấy, xấp xĩ 2.900-3000 m. Đây là thượng nguồn của các sông suối lớn như Nậm Bum, Nậm Cum…, được cấu tạo bởi đá granit biotit và granit hai mica.
Đông Bắc: bao gồm các tỉnh Hà Giang, Cao Bằng, Lạng Sơn, Quảng Ninh, Bắc Giang, Bắc Ninh, Thái Nguyên, Bắc Cạn, Yên Bái, Lào Cai, Tuyên Quang, Phú Thọ và Vĩnh Yên. Địa hình tiểu vùng Đông bắc có thể chia thành hai khu vực:
* Khu vực phía tây: địa hình có nhiều núi cao xen nhiều thung lũng sâu, hướng núi chủ yếu là Tây bắc-Đông nam. Ba thung lũng sông Thao, sông Chảy, sông Lô được ngăn cách bởi các dãy núi dài và cao là Hoàng Liên Sơn, Con Voi, Kiêu Liêu Ti, Pia Piooc-Tam Đảo đã tạo thành một địa thế độc đáo được gọi là “vùng thung lũng của các thung lũng”. Có thể nói khu vực này có kiến tạo địa chất trẻ nhưng có nền vật chất tạo đá rất cổ. Đá Macma axít thường tập trung thành các khối núi cao và trung bình và thường nằm bên rìa của khu vực này như các khối tây Côn Lĩnh, Pan Xi Păng và Tam Đảo. Các đá trầm tích và biến chất tập trung ở bên dưới các khối núi cao và trung bình thuộc địa hình đồi núi thấp trong đó phiến thạch Mica chiếm một diện tích đáng kể.
* Khu vực phía đông: không có núi cao, ít núi trung bình, nhiều máng trũng, bồn địa và đồi thấp. Các dãy núi thấp và trung bình có lưng quay về phía đông, bụng hướng về phía tây và chụm đầu vào dãy núi Tam Đảo. Do cách sắp xếp của hướng núi như vậy mà chế độ nhiệt và chế độ mưa ẩm không thuận lợi cho sản xuất nông nghiệp. Kiến tạo địa chất đơn giản nhưng
lại có nền vật chất tạo đất rất cổ. Khu vực đồi núi thấp dưới 700 m chủ yếu được cấu tạo bởi các loại đá trầm tích và biến chất màu đỏ kỷ Jura-Creta, gồm các loại Phiến thạch sét, Alơrolit, Sa thạch và một diện tích khá lớn đá vôi và biến chất của nó. Dãy núi Pia Piooc- Tam Đảo ở phía tây, dãy Cao Xiêm, Châu lãnh ở phía bắc và đông bắc có độ cao từ 700-1700m được cấu tạo bởi nhóm đa phún xuất tính chất chua như granit, riolit. Núi đá vôi trong vùng có tuổi Đevon-Các bon bao chiếm một vùng rộng lớn với độ cao 500-700 m và có nhiều thung lũng karst. Dãy núi thuộc cánh cung Đông Triều được cấu tạo chủ yếu bằng đá trầm tích alơrolit, sa thạch, cuội kết, acgilit và phiến tạch sét có chứa than ngăn cách với biển bởi thềm phù sa cổ.
3.1.2. Khí hậu thủ văn
Tây bắc: nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới, nhưng do được bao bọc bởi núi cao và cao nguyên nên khí hậu có nhiều điểm riêng biệt khác với các vùng khác trong nước. Sự ảnh hưởng của của các khối không khí nhiệt đới biển và xích đạo tương đối ít nhưng lại chịu ảnh hưởng nhiều của gió Lào tương phản với gió mùa đông nam. Phía đông bắc chịu ảnh hưởng nhiều của gió mùa đông bắc trong khi phía tây và tây nam lại chịu ảnh hưởng của gió Lào.
Chế độ nhiệt cao hơn ở các vùng xung quanh từ 1-2oC, biên độ nhiệt giao động thấp thường dưới 10oC. Chế độ mưa phân hóa rõ rệt hơn chế độ nhiệt và bị chi phối mạnh bởi địa hình chia cắt; một số nơi có lượng mưa thấp như ở Yên Châu (<1200mm/năm), sông Mã (<1300mm/năm) còn ở những nơi khác lượng mưa tương đối phong phú. Lượng mưa tăng dần theo vĩ độ và giảm dần từ đông sang tây.
Đông bắc: khí hậu đông bắc có các nét lớn như có mùa đong lạnh, mùa mưa bão vào mùa hè và ít mưa vào mùa đông xuân, mùa đông phía tây ấm hơn phía đông. Chế độ nhiệt có sự khác nhau ở hai khu vực, khu vực phía đông lạnh với bình quân 20-24oC, bình quân ở các tháng lạnh nhất là 10-14oC.
Khu vực phía tây ít lạnh hơn với nhiệt độ bình quân năm 22-27oC và tháng lạng nhất từ 13-16oC. Chế độ mưa tập trung vào các tháng mùa hè từ tháng 4 đến tháng 9, lượng mưa bình quân ở các trạm khác nhau biến động từ 1500- 2500mm/năm.
3.1.3. Đất đai
Tây bắc có các nhóm đất chính như sau:
* Nhóm đất mùn alit vàng trên núi cao
* Nhóm đất feralit mùn trên núi trung bình
* Nhóm đất feralit trên đồi và núi thấp
* Nhóm đất thung lũng bồi tụ
* Nhóm đất trên núi đá vôi và
* Nhóm đất có nước.
Đông bắc có 8 nhóm đất chính như sau:
* Nhóm đất mặn ven biển
* Nhóm đất phèn
* Nhóm đất phù sa mới
* Nhóm đất lầy thụt
* Nhóm đất phát triển trên đá vôi Fv
* Nhóm đất feralit đỏ vàng phát triển trên đá Macma
* Nhóm đất feralit mùn trên núi cao và
* Nhóm đất mùn trên núi cao.
3.1.4. Tài nguyên rừng
Thảm thực vật rừng vùng Tây bắc đã bị tàn phá rất nghiêm trọng. Các quần thụ rừng tự nhiên với các loài bản địa như Du sam, Thông lông gà, Thông ba lá, Pơ mu, Sau sau, Chò chỉ, Táu,… xưa kia còn lại rất ít và phân bố tản mạn thay vào đó là đồi trọc, cỏ tranh và rừng tre nứa khá phổ biến.
Thảm thực vật rừng tự nhiên ở Đông bắc cũng đã bị tàn phá nặng nề, các loài bản địa của vùng đặc trưng là Lim, Táu, Sồi Dẻ. Đặc điểm chủ yếu của rừng vùng này là cây nhỏ, thấp và do đó trữ lượng rừng kém hơn các vùng khác.