Tam đảo là một khối núi thuộc phần cuối của dãy núi cánh cung thượng nguồn sông Chảy. Dãy núi này có phần đuôi hầu như chụm lại ở Tam Đảo còn đầu toả rộng ra như những nan quạt về phía Bắc.
Núi Tam Đảo chạy dài theo hướng Tây Bắc - Đông Nam, gồm trên 20 đỉnh núi được nối với nhau bằng đường dông sắc, nhọn. Nó như một bức bình phong chắn gió mùa Đông Bắc cho vùng đồng bằng. Các đỉnh có độ cao trên dưới 1.000 m. Đỉnh cao nhất là Tam Đảo Bắc (Tam Đảo North- ranh giới giữa 3 tỉnh) cao 1592 m. Ba đỉnh núi nổi tiếng của Tam Đảo là Thiên Thị (1.375m), Thạch Bàn (1.388 m), và Phù Nghĩa (1.300 m). Chiều ngang của khối núi rộng 10 - 15 km, sườn rất dốc và chia cắt mạnh. Độ dốc bình quân từ 16 - 350, nhiều nơi độ dốc trên 350. Độ cao của núi giảm nhanh về phía Đông
Bắc xuống lòng chảo Đại Từ tạo nên những mái dông đứng. Hướng Đông Nam có xu hướng giảm dần đến giáp địa phận Hà Nội.
Địa hình Tam Đảo có thể được chia thành 4 kiểu chính là:
+ Thung lũng giữa núi và đồng bằng ven sông, suối. Độ cao dưới 100 m, độ dốc < 70. Phân bố dưới chân núi và ven sông suối.
+ Đồi cao trung bình: Độ cao từ 100 - 400 m, độ dốc từ 10 - 250. Phân bố xung quanh chân núi và tiếp giáp với đồng bằng.
+ Núi thấp: Độ cao từ 400 - 700 m, độ dốc lớn hơn 250. Phân bố ở giữa 2 kiểu địa hình đồi cao và núi trung bình.
+ Núi trung bình: Độ cao từ 700 - 1.500 m, độ dốc lớn hơn 250. Phân bố ở phần trên của khối núi. Các đỉnh và dông núi đều sắc và nhọn, địa hình rất hiểm trở.