Большая часть территории ПФО представляет собой восточную часть Русской равнины, расположенной в Волжско-Камском бассейне. Неширокая полоска Уральского горного хребта проходит своей осевой линией почти меридионально и, таким образом, служит естественной преградой господствующему западному переносу воздушных масс. П пределах территории округа расположены две части Уральских гор – северный и Южный Урал. Восточные склоны Северного Урала сопровождает узкая полоса невысоких (до 350 - 450 м) и коротких кряжей, протянувшихся параллельно осевой линии, которые называются Восточно-Уральскими увалами. Западные предгорья Северного Урала в пределах пермского края образуют Полюдов кряж, средняя высота которого составляет 400 – 500 м. Южный Урал – наиболее широкий (до 150 км). Главные орографические линии от его северного конца веерообразно расходятся преимущественно в юго-западном направлении. Средние высоты основных хребтов большой протяженности составляют 800-1000 метров. Отдельными высокими вершинами Южного Урала являются Яман – Тау (1638 м), Зигальга (1425 м), и др. Восточный склон Южного Урала представляет собой слегка наклонную поверхность (Зауральская равнина). Возвышенные западные склоны Южного Урала постепенно переходят в Восточно-Европейскую (Русскую) равнину, которая носит крупнохолмистый характер, благодаря наличию ряда возвышенностей, таких как восточные отроги Северных Увалов, Верхне-Камской возвышенности, Уфимского плоскогорья, восточной части Общего Сырта, Бугульминско-Белебеевской возвышенности.

Правобережье Волги, отличающееся большим разнообразием поверхности и более возвышенным рельефом, чем Левобережье, по всему протяжению изучаемой территории занято Приволжской возвышенностью, образующей высокий берег с наиболее возвышенной частью (Жигули), достигающей 371 м.

Приволжская возвышенность представляет собой сильно изрезанную речными долинами и оврагами площадь с преобладающими высотами 200-250 м. Самая высокая часть Приволжской возвышенности носит название Приволжского плато и имеет абсолютную высоту 384 м в районе Хвалынска. Орошается Приволжская возвышенность реками бассейна Волги. Северный выступ Приволжской возвышенности относится к Алатырскому валу, наиболее возвышенная часть которого – Мордовская возвышенность с высотами на юго-востоке 300-320 м. Другая, менее возвышенная часть Алатырского вала – Чувашская возвышенность – расположена по правобережью реки Суры. Высота отметок здесь не превышает 250 м над уровнем моря. Обе возвышенности на севере и северо-западе обрываются к рекам Волге и Суре крутыми выступами, высотой 150 м.

В противоположность Правобережью Левобережье, или Заволжье, представляет собой низменность с общим уклоном к югу и высотами 70-165 м, на востоке граничащую с плоской возвышенностью Общего Сырта, с высотами от 100 до 190 м. Понижения перемежаются увалисто-волнистыми повышениями (Северными Увалами, Галичско-Чухломской возвышенностью, Вятским Увалом и Верхне-камской возвышенностью), наибольшие высоты которых достигают 260-290 м над уровнем моря. Верхне-Камская возвышенность с наибольшей высотой 329 м, являющаяся самой высокой точкой Заволжья, представляет собой сильно расчлененное долинами рек плато. Орошается Заволжье также реками бассейна Волги, кроме средней части Оренбургской области, относящейся к бассейну р. Урал. На северо-востоке от Общего Сырта отходит Бугульминско-Белебеевская возвышенность с прилегающими к ней с запада Кинельскими и Сокскими горами (Высокое Заволжье). Наибольшая высота этой возвышенности – 482 м над уровнем моря.

По физико-географическим условиям территория Приволжского округа делится на несколько природных зон: на севере расположена зона тайги, далее – полоса смешанных лесов и лесостепи, на юге – степи. В районе Уральских гор широтные зоны смещаются на юг. Так, леса по Уралу распространены значительно дальше на юг, чем на прилегающих равнинах. В горной части прослеживаются изменения климатических зон и по высоте, особенно на Южном Урале, от лесостепи у подножия гор до горной тундры вблизи их вершины (Мильков, 1986).

Зона европейской тайги расположена в Заволжье. Основная масса лесов сосредоточена на севере, где лесистость превышает 60% занимаемой территории. Меньше лесов на юге Кировской области, где они покрывают 10-25% площади. Тайга находится в зоне избыточного увлажнения, так как осадки превышают испаряемость. В приунженских и приветлужских лесах преобладает сосна, в кировских – ель. Широко распространены береза, осина, ольха.

Зона смешанных и широколиственных лесов захватывает северную часть Татарстана, ограниченную с юга Волгой и Камой, западную часть Приволжской возвышенности. Леса в правобережье занимают не более 25% территории. Во многих местах они уничтожены полностью, значительные массивы сохранились лишь в бассейнах рек Оки, Суры, Мокши, где преобладают лиственные породы деревьев.

Лесостепная зона, умеренно влажная и умеренно теплая, охватывает почти все правобережье, а в Левобережье – Татарстан южнее Камы, Ульяновскую область, северные районы Самарской области, северо-западные и предгорные районы Южного Урала в Оренбургской области. Западная часть лесостепи увлажнена в большей степени и имеет более богатую растительность, а восточная – полузасушливая с обедненным засушливым покровом. Естественная растительность лесостепи почти не сохранилась. Леса здесь встречаются небольшими островами и представлены преимущественно дубравами.

Степная и полупустынная зона занимают юго-западную и южную часть Правобережья (южнее Балашова и Саратова), все Левобережье и всю западную и восточную часть Оренбургской области. Влаги в степях не достаточно, и древесная растительность встречается лишь в поймах рек. Значительные пространства заняты травянистой луговой растительностью. Степи Русской равнины издавна освоены человеком, распаханы самые плодородные почвы, которые возделываются зерновыми культурами.

Климат округа континентальный, умеренно континентальный, в основном с тёплым, иногда жарким летом и холодной зимой. В Башкортостане вытянутые с севера на юг хребты Южного Урала создают резкое различие в климатических условиях на западных и восточных склонах. В целом по округу количество годовых осадков колеблется от 250 до 800 мм, самый холодный месяц - январь (средняя температура от -12 до -17⁰С), самый тёплый – июль (средняя температура от +15 до +22⁰С). Вегетационный период 130-180 дней. Температурный максимум в летний период зафиксирован на территории Оренбургской области (до + 43,2⁰С), минимум в зимний период – на территории Республики Башкортостан (- 48,5⁰С). Наиболее высокая средняя температура зафиксирована на территории Саратовской области – + 6,8⁰С), наиболее низкая на территории Пермского края + 2,7⁰С. 

В среднем по округу годовая сумма осадков, осредненная за 44 года с 1966 по 2009 год составляет величину около 530 мм. Особенности атмосферных процессов и характера подстилающей поверхности определяют убывание годовых сумм осадков в направлении с северо-запада на юго-восток. Однако под влиянием Уральских гор количество осадков увеличивается на востоке региона в Пермском крае и в Республике Башкортостан. В результате максимальное количество осадков выпадает на востоке Пермского края (858 мм). Минимальное же количество осадков наблюдается в степной, юго-восточной части Оренбургской области – 278 мм.

Больше всего дней без солнца наблюдается в северных районах Нижегородской и кировской областей – около 120 – 130 дней в году. По мере продвижения в более южные районы число дней без солнца уменьшается: в Мордовии, Чувашии и на юге Удмуртии оно составляет обычно около 90 – 100 дней за год, в Татарстане , Самарской и пензенской областях – 43-53 дней за год, в Саратовской – 47-56 дней за год. Летом число дней без солнца мало изменяется по территории и составляет в среднем 1-3 дня. Весной (апрель-май) бывает обычно около 3-6 дней без солнца. В декабре по всей территории наблюдается максимальное число пасмурных дней, от 25 на западе территории до 15-20 на юго-востоке (Саратовская, Самарской области).

Распределение сумм солнечной радиации на территории округа носит в основном зональный характер, который нарушается неравномерным распределением облачности.

На формирование погоды и климата большое влияние оказывают циклонические и антициклональные формы движения атмосферы. Они обуславливают как зональные, так и меридиональные движения воздушных масс. Повторяемость циклонических процессов в Среднем Поволжье составляет в среднем за год 173 дня (47%), антициклонических – 192 дня (53%). Наибольшее влияние на климат оказывают западные, северо-западные, юго-западные циклоны и местный циклогинез, а также антициклоны северо-западного происхождения. Повторяемость различных барических образований и их соотношение в течение года меняется. При этом примерно в четверти случаев западные циклоны преобладают в переходные периоды, северо-западные – осенью и зимой, юго-западные и местные циклоны – летом, а северо-западные и западные антициклоны – весной.

Режим ветра в основном определяется сезонными особенностями структуры барического поля, формой рельефа, характером подстилающей поверхности. В среднем за год на высоте 10-12 м от земной поверхности, преобладающим направлением ветра на территории округа является юго-юго-западное, его вероятность составляет 36%. Преобладание юго-юго-западной четверти горизонта более резко выражено в зимний период, летом – преобладает повторяемость ветров западно-северо-западной четверти горизонта (32%).Средние месячные скорости ветра на высоте 10-12 м от поверхности земли характеризуются меньшими значениями в летний период 1,3-4,1 м/сек, и большими – чаще в зимний период до 5,2-5,6 м/сек. Наибольшая повторяемость штилей и слабых ветров, со скоростью 3 м/сек и менее, наблюдается в летние месяцы в ночное время. Среднее число дней за месяц с сильным ветром со скоростью 15 м/сек и более меняется по территории в пределах 0-3 дней летом и 0,1-3,7 дней зимой, а наибольшее 1-12 дней. В среднем за год с сильным ветром отмечается 2-21 день, в отдельные годы бывает 5-65 дней. Максимальные скорости ветра достигают в ряде случаев 25-28 м/сек и более порывами до 30-40 м/сек и более. Однако ветры такой силы возникают очень редко.

На территории округа встречаются практически все опасные метеорологические процессы и явления, характерные для России: очень сильный и ураганный ветер, шквал, смерч, сильные ливни, очень сильный дождь и снег, сильная метель, крупный град, грозы, сильное гололедно-изморозевое отложение, сильный мороз и жара, аномально-холодная и аномально-жаркая погода, чрезвычайная пожароопасность лесов и торфяников, заморозки, переувлажнение почвы, суховеи, атмосферные и почвенные засухи, выпревание и вымерзание посевов озимых, половодье и паводки с  опасными уровнями воды в водных объектах, низкая межень, заторы очень большие и очень малые расходы воды и другие явления. В различных районах округа они имеют разную повторяемость и интенсивность проявления.

Большая территория Приволжского федерального округа с севера на юг и с запада на восток, а также наличие на восточной границе округа Уральских гор предопределяют значительные различия в климатических, орографических и геологических процессах на территории региона, что, в свою очередь характеризует здесь широкое развитие опасных природных процессов различного генезиса.

Территория округа характеризуется относительно слабой сейсмичностью и редко возникающими здесь местными землетрясениями с интенсивностью до 6 баллов. В основном на территории региона фиксируются многочисленные 3-4 бальные землетрясения. В нефтедобывающих районах

Республики Татарстан, на горнопромышленных объектах Пермского края и других субъектах округа к естественной сейсмичности добавляется и индуцированная локальная сейсмогеодинамическая активизация, способная спровоцировать сильные землетрясения и причинить дополнительный ущерб.

Практически вся территория округа подвержена экзогенным геологическим процессам,среди которых выделяются своим быстродействием и интенсивностью оползни. Наибольшей оползневой активностьюв округе отличаются правобережные склоны волжских водохранилищ, реки Волга и ее правых притоков, где развиваются свыше 60% всех выявленных в регионе оползней. Самые крупные оползни, вызывающие деформацию объектов, развиваются в Саратовской, Нижегородской, Самарской областях, Чувашской Республике. Практически ежегодно наблюдаются подвижки грунтов в пределах таких крупных городов, расположенных по берегам реки Волга, как Саратов, Сызрань, Ульяновск, Самара, Нижний Новгород и другие, а также в большинстве населенных пунктов, расположенных по берегам рек и водохранилищ. Наиболее часто регистрируются ЧС, связанные с оползневыми процессами, на территории Нижегородской области.

В холодное время года некоторую опасность в городах представляют лавины, образование которых возможно в пределах западного склона Уральского хребта - на территориях Пермского края и Республики Башкортостан. Техногенные нарушения и вырубка лесов значительно увеличивают лавиноопасностьтерритории. Снежные лавины образуются 1 раз в несколько лет, объемы их невелики и редко превышают 25 тыс. куб. м.

Территория ПФО в значительной степени страдает от карстовых процессов,которые здесь широко распространены, преимущественно на небольших локальных участках. Наиболее широким распространением карстовых процессов характеризуется Нижегородская область, республики Башкортостан, Татарстан, Марий Эл. В Нижегородской области карстом поражено до 26% территории, в Республике Татарстан - до 25%, в Республике Марий Эл - 67%. Особо опасны проявления карстовых процессов в пределах таких крупных городов округа, как Нижний Новгород, Уфа, Казань, Пермь, Самара, Дзержинск, Кунгур и другие.