主要山脉有三列：正东是凤凰山脉，呈北至南略偏西走向，主峰有三县岽、斋公岽和西岩山等，海拔均在千米以上；正北是项山山脉，是福建武夷山的延伸，呈东北向西南走向，主峰项山甄，海拔1529.8米；东南是阴那山脉（又称莲花山脉），亦呈东北至西南走向，东起大埔、梅县交界的阴那山，经丰顺、揭西直至五华与陆丰交界的香炉山，绵延160公里，被称为“粤东的脊梁”，最高峰为铜鼓嶂，海拔1559.5米，为粤东第一高峰。这样的地势，北面可阻挡冬季的寒流，南面可阻挡夏季的台风，气候温和，雨量充沛，适宜农、林、牧业的发展。境内大、小盆地星罗棋布，以兴宁、梅江、蕉城、汤坑盆地为著，总面积约1776平方公里。盆地与盆地之间常成峡谷，有丘陵或山地与盆地相隔，如同串珠。这些盆地，既是梅州农业生产的主要基地，又是主要城镇的所在地。
梅州市河流溪涧纵横密布。境内河流分为韩江水系、榕江水系和东江水系三大水系，其中韩江水系有韩江、梅江、琴江（古名右别溪）、五华河、宁江、程江、石窟河、松源江、汀江、梅潭江（古名清远河）、丰良河11条河流。全市集雨面积100平方公里以上的河流有53条。此外，地下水资源也很丰富，水质好，且有许多优质矿泉和温泉，温泉水温高，流量大，其中丰顺县是温泉遍布的温泉之乡。另外，梅州市地下矿藏种类多，储量大，煤炭、石灰石、锰、稀土、瓷土的储量均居全省的前列。
梅州地处南亚热带和中亚热带气候区的过渡地带，属亚热带季风气候区。平远、蕉岭和梅县北部山区为中亚热带气候区南缘，五华、丰顺、兴宁、大埔和平远、蕉岭、梅县南部为南亚热带气候区。由于地处低纬，近临南海、太平洋，又受山区特定地形的影响，梅州的气候形成了夏季长、冬季短、气温高、光照充足、雨水丰富且集中、易受旱涝灾害、气温差异大等特点。
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