Topografi Kabupaten Tapanuli Tengah sebagian besar berbukit - bukit dengan ketinggian 0 – 1.266 meter di atas permukaan laut. Sebagian lagi adalah dataran dan rawa serta banyak aliran sungai. Dari seluruh wilayah Tapanuli Tengah, 43,90% berbukit dan bergelombang.
Sebagian besar wilayah kecamatan di Kabupaten Tapanuli Tengah berbatasan dengan lautan sehingga berpengaruh pada suhu udara yang tergolong beriklim tropis. Dalam periode bulan Januari – Desember 2009, suhu udara maksimum dapat mencapai 31,07ºC dan suhu minimum mencapai 21,51ºC. Rata-rata suhu udara di Kabupaten Tapanuli Tengah tahun 2009 adalah 23,80ºC. Pada tahun 2009, curah hujan rata-rata 4.227,7 mm, hari hujan 229,00 hari, kecepatan angin rata-rata 7,40 knot dan penguapan rata-rata 4,90 mm. Kelembaban udara rata-rata 95,00%.
Potensi hidrologi cukup penting untuk menunjang pembangunan, baik untuk kepentingan air minum, irigasi, transportasi, dan untuk kepentingan lainnya.
Wilayah Tapanuli Tengah dipengaruhi oleh 5 (lima) Daerah Aliran Sungai (DAS) yaitu DAS Tapus, DAS Aek Sirahar, DAS Aek Sibundong, DAS Aek Kolang, dan DAS Batang Toru. Daerah hulu sungai berasal dari pegunungan Bukit Barisan dan bermuara ke Pantai Barat Sumatera Utara. Sebagian sungai telah dimanfaatkan untuk pembangkit tenaga listrik seperti aliran Sungai Sibuluan untuk PLTA Sipan Sihaporas dan untuk air minum, steiger perhubungan laut, tempat sandar kapal perikanan maupun irigasi.