Bory Tucholskie rosną przeważnie na piaskach sandrowych Równiny Tucholskiej i Charzykowskiej, wchodząc nieco na obszar południowej części Pojezierza Kaszubskiego. Rzeźba terenu ukształtowana została przez ostatnie zlodowacenie. Oprócz sandrów występują pagórki morenowe, rynny, wydmy, wytopiska i doliny rzeczne. Liczne są wśród borów jeziora, w tym 40 przekraczających powierzchnię 1 km². Głównymi rzekami Borów są Brda i Wda, mniejsze cieki to Kłoniecznica, Zbrzyca, Czerska Struga, Młosienica, Mątawa. Gleby są na ogół ubogie, piaszczyste klas IV – VI, jedynie w okolicach Czerska, Brus i Śliwic występują gleby klasy III.
Flora W przeszłości na obszarze Borów Tucholskich dominował w drzewostanie buk wraz z sosną. Rosły tu też liczne drzewa liściaste, głównie dęby, graby, osiki i lipy. Nasilająca się od XVII wieku rabunkowa gospodarka leśna i późniejsze zalesianie wyłącznie sosną (np. w 1893 ponad 99% lasów na obszarze powiatu tucholskiego obsadzona była tym gatunkiem)Zmiany lesistości Borów Tucholskich w latach 1938–2000. spowodowały, że obecnie Bory są obszarem monokulturowym sosny, jedynie na zboczach nad Wisłą występują w lasach gatunki ciepłolubne, a na obszarach wylesionych wrzosowiska. Zarastające rynny jeziorne zamieniły się w torfowiska lub urodzajne łąki.