Geologia e relevo. O embasamento cristalino do Brasil constitui a estrutura fundamental do relevo do estado do Rio de Janeiro. Suas rochas, gnaisses e granitos, os mais antigos do território nacional, sofreram alterações tectônicas, particularmente as falhas terciárias, origem dos alinhamentos de serra que acompanham a linha do litoral. O estado possui relevo bastante variado, com grandes desníveis e elevações pronunciadas.
Cerca de metade do território encontra-se abaixo de 200m de altitude, 32% entre 200 e 600m, 11% entre 600 e 900m, 6% entre 900 e 1.500m e 1% acima de 1.500m. Três unidades compõem o quadro morfológico: a baixada fluminense, os maciços litorâneos e o planalto.
A baixada estende-se ao longo do território e descreve um arco de nordeste para sudoeste. Muito estreita em sua porção ocidental, alarga-se consideravelmente na parte oriental. Observa-se na baixada uma complexa morfologia: morros e colinas talhadas em rochas cristalinas; praias; areais formadas pela justaposição de cordões litorâneos; campos de dunas; amplas várzeas ou planícies de inundação, desenvolvidas ao longo dos baixos cursos dos rios, e um grande delta, formado pelo rio Paraíba do Sul em sua foz. Numerosas lagoas ocorrem ao longo do litoral fluminense, que registra ainda três grandes recortes: a baía de Guanabara, a baía de Sepetiba e a baía da Ilha Grande. Entre as duas últimas, está situada a ilha Grande e, fechando parcialmente a baía de Sepetiba, pelo sul, a restinga de Marambaia.
Os maciços litorâneos erguem-se em meio à baixada e formam um alinhamento montanhoso com 200 a 500m de altura. As elevações prolongam-se desde Cabo Frio até a margem oriental da baía de Guanabara, em rumo paralelo à costa. Do lado ocidental da baía, ganham maior altitude no município da capital, e formam os maciços de Jericinó (900m no pico do Guandu), da Pedra Branca (1.024m) e da Tijuca (1.021m).
O planalto ocupa a maior parte do estado. Seu rebordo montanhoso, genericamente chamado serra do Mar e localmente serra dos Órgãos, da Estrela etc., domina a baixada, a partir do norte, com seu paredão escarpado. Eleva-se freqüentemente a mais de mil metros de altitude, em particular no trecho conhecido como serra dos Órgãos, onde a pedra do Sino atinge 2.263m. A superfície do planalto inclina-se suavemente para o interior, em direção ao vale do rio Paraíba do Sul. Para além desse vale, e seguindo aproximadamente a divisa com Minas Gerais, encontra-se a serra da Mantiqueira, e é nessa região que se encontram as maiores altitudes do estado, que atingem o ponto mais elevado no pico das Agulhas Negras, com 2.787m.
A planície de inundação ou várzea do rio Paraíba do Sul proporciona os únicos tratos de terreno plano de extensão razoável nessa área de relevo recortado. Além do rio Paraíba do Sul, junto ao limite com o estado de Minas Gerais, num rumo grosseiramente paralelo à linha divisória, ergue-se outro paredão montanhoso semelhante à serra do Mar. É a serra da Mantiqueira, que forma o rebordo do planalto mineiro.
Clima. O estado do Rio de Janeiro registra os tipos climáticos Aw, Am, Af, Cfa, Cfb, Cwb- e Cwa do sistema de Köppen. O clima Aw, tropical semi-úmido, com chuvas de verão e invernos secos, ocorre na porção ocidental da baixada. O clima Am prevalece nas proximidades dos maciços e encostas baixas do município da capital, por efeito das chuvas de relevo. A temperatura média anual registra 24°C e a pluviosidade 1.250mm anuais. O clima Af, tropical úmido, com chuvas bem distribuídas no decorrer do ano, ocorre na porção mais rebaixada da escarpa do planalto (serra do Mar), onde as chuvas de relevo determinam uma elevação de pluviosidade para 2.500mm anuais. O clima Cfa, tropical de altitude, com verões quentes e chuvas bem distribuídas, corresponde a porções elevadas da escarpa, onde a altitude provoca queda das temperaturas médias anuais para 20°C. O tipo Cfb corresponde a porções mais elevadas onde os verões já se fazem frios e a temperatura média anual cai para 18°C.
Os climas Cwb e Cwa ocorrem no reverso da serra do Mar, isto é, no dorso do planalto, em áreas onde desaparecem as chuvas de relevo e a pluviosidade se restringe aos períodos de verão, caindo para 1.500mm. O clima Cwb domina as porções mais elevadas do planalto, situadas junto à serra do Mar, o que determina a ocorrência de verões frios, e o clima Cwa, nas partes mais rebaixadas do planalto, vale do rio Paraíba do Sul, onde os verões se fazem quentes, subindo as médias anuais para 20° C. Uma anormalidade nesse quadro ocorre no litoral de Cabo Frio, onde o menor volume de chuvas favorece a extração de sal na lagoa de Araruama.
Floresta e fauna. Pouco resta da primitiva cobertura vegetal do estado do Rio de Janeiro. A ocupação agropastoril levou a uma quase completa extinção das florestas que recobriam outrora cerca de 91% da superfície do atual estado. Dessas florestas restam nos dias atuais apenas pequenas manchas situadas em locais menos acessíveis ou muito acidentados, impróprios para a agricultura e pecuária (encostas mais íngremes das serras do Mar e Mantiqueira).
Além das florestas, a cobertura vegetal compreendia também manguezais e formações de restinga e praia, na fímbria litorânea; campos de altitude, nas porções mais elevadas das serras (serra dos Órgãos e maciço do Itatiaia) e os campos da planície deltaica do rio Paraíba do Sul (Campos dos Goitacases). Todos sofreram profunda interferência da ocupação humana.
A fauna do estado do Rio de Janeiro é a da mata atlântica, que subsiste em vários ambientes, como o das serras dos Órgãos e do Tinguá, com mamíferos como diversas espécies de mico e macaco, pacas, guaxinins, jaguatiricas e outros felinos, além de numerosas aves, tanto pernaltas como passeriformes e psitacídeos.
Hidrografia. A rede de drenagem do estado do Rio de Janeiro é integrada por numerosos rios que correm diretamente para o mar. O principal é o Paraíba do Sul, que, procedente do estado de São Paulo atravessa o estado de oeste para leste, até lançar-se no Atlântico, próximo aos limites com o Espírito Santo, recebendo muitos afluentes (Paraibuna, Pomba, Piraí, Piabanha, Dois Rios). Para ele converge todo o sistema fluvial que nasce no alto da serra do Mar, ao passo que os rios que partem da escarpa atingem rapidamente o oceano. Todos os demais rios independentes têm dimensões muito menores. Entre esses, destacam-se o Itabapoana, o Macaé, o São João e o Macacu. Numerosas lagoas ocorrem ao longo do litoral fluminense.
Entre a baía de Guanabara e Cabo Frio encontram-se lagoas resultantes do fechamento de antigas baías por cordões litorâneos (Maricá, da Barra, Guarapina, Saquarema e Araruama). Junto à Guanabara, e a oeste, encontram-se as lagoas Rodrigo de Freitas, da Tijuca, de Jacarepaguá e de Marapendi; e, junto a Campos dos Goitacases, no norte do estado, ocorrem lagoas cuja formação se prende à morfologia do delta do Paraíba do Sul (Feia, de Dentro, dos Coqueiros, e do Taí Pequeno, entre outras menores).
