Tài nguyên du lịch tự nhiên gồm các yếu tố địa chất, địa hình, địa mạo, khí hậu, thuỷ văn, hệ sinh thái, cảnh quan thiên nhiên được sử dụng phục vụ mục đích du lịch. Các điều kiện tự nhiên của Phú Thọ, đặc biệt là địa hình đa dạng đã tạo cho Phú Thọ một nguồn tài nguyên du lịch tự nhiên khá phong phú và hấp dẫn với các loại hình có thể khai thác như du lịch tham quan, vui chơi giải trí, nghỉ dưỡng chữa bệnh, du lịch sinh thái... Đáng chú ý trong số đó phải kể đến vườn quốc gia Xuân Sơn (huyện Tân Sơn); nước khoáng nóng Thanh Thủy (huyện Thanh Thủy); đầm Ao Châu, Ao Giời - Suối Tiên (huyện Hạ Hòa).
Vườn quốc gia Xuân Sơn có hệ thống núi cao từ 1.000-1.400 mét, với tổng diện tích 15.048 ha, trong đó có trên 8.700 ha rừng tự nhiên, nhiều loại động vật, thực vật quy hiếm, nhiều suối, thác nước và nhiêu cảnh quan hang động. Đây là tài nguyên sinh thái hấp dẫn nhất của tỉnh. Ngoài ra tại đây còn có các dân Mường, Dao cư trú từ lâu đời và cách biệt với các địa phương khác nên còn giữ được nhiều phong tục, tập quán và các nét văn hóa bản địa chưa bị pha tạp. Chính vì những đặc điểm trên, tỉnh có thể khai thác phát triển du lịch sinh thái với nhiều loại hình như: nghỉ dưỡng, tham quan, nghiên cứu, leo núi, khám phá hang động, tìm hiểu văn hóa của đồng bào dân tộc.
Nước khoáng nóng Thanh Thủy có qui mô diện tích khoảng 3 km2, nhiệt độ trung bình của nước nóng 37 - 400 C, chất lượng nước tốt với nhiều chất vi lượng có lợi cho sức khoẻ, trong đó có hàm chất Radon quý hiếm; phù hợp để khai thác phát triển du lịch nghỉ dưỡng, chăm sóc sức khỏe, chữa bệnh...
44
Đầm Ao Châu là hồ nước cảnh quan sơn thủy hữu tình, môi trường trong lành, thích hợp khai thác phát triển du lịch nghỉ dưỡng, bơi thuyền và câu cá.
Ao Giời - Suối Tiên có độ cao từ 1.000 - 1.200 mét, còn tồn tại nhiều động, thực vật quý hiếm. Từ trên núi Nả có các dòng suối chảy quanh năm, nhiều tầng, bậc tạo thành gần 20 dòng thác bạc thích hợp cho việc khai thác phát triển du lịch sinh thái với các sản phẩm leo núi, cắm trại, nghỉ dưỡng.
Ngoài ra còn có thể kể đến các điểm tài nguyên du lịch khác như núi Ten (Xuân Sơn - nhiệt độ vào mùa hè không quá 280C), Thác Cự Thắng, Thác Ba Vực (Thanh Sơn); hồ Phượng Mao (Thanh Thủy); hồ Đồng Đào, Tiên Động (Sông Thao); hồ Đồng Mậu, hồ Liên Phương (Đoan Hùng).
Nhìn chung, tài nguyên du lịch tự nhiên của Phú Thọ khá phong phú, hấp dẫn và được phân bố đều trên toàn toàn tỉnh. Tuy nhiên, những tài nguyên này chủ yếu còn đang ở dạng tiềm năng. Để có thể trở thành các điểm du lịch hấp dẫn khách du lịch cần phải có sự quan tâm đầu tư khai thác đúng hướng.