地质地貌。南京的地质在全国大地构造单元上属扬子古陆的北部边缘，基底主要是轻变质的片岩和变质的火山岩，同位素年龄约在8.64亿—10.31亿年。基底上的沉积盖层约8000—9000米，为震旦系至第四系沉积物。地貌属宁镇扬山地，低山、丘陵、岗地约占全市总面积的60.8%，平原、洼地及河流湖泊约占39.2%。低山、丘陵之间或两侧多是地势低平的河谷平原和滨湖平原，沿长江有沿江洲地和江心洲地，其海拔均不到10米。长江以北是老山山脉、滁河河谷平原、大片岗地和零星丘陵。长江以南大致可分为3个区域。北部，从沿江到主城区周围，钟山、牛首山、云台山等依次排列，海拔大致在200—400多米；钟山主峰北高峰，海拔448.9米，是宁镇山脉最高峰，其延伸入城内的钟山余脉，自东向西隆起，由富贵山、九华山、鸡笼山、鼓楼岗、五台山和清凉山组合成南北分水岭，北侧为金川河流域，南侧属秦淮河流域。中部，从主城区以南到溧水永阳之间，是一构造完整的山间盆地，宁镇山脉、横山和东庐山、牛首山和云台山、茅山环峙四周，海拔在250—400米；秦淮河由南向北贯穿盆地，两侧形成海拔5—10米低平的河谷平原；在山地和平原之间，分布着海拔20—60米的黄土岗地。南部，溧水区南部和高淳区全境，地势东高西低，海拔仅为5—10米的石臼湖和固城湖滨湖平原位于西部，东部为海拔20—40米的黄土岗地；该区域中部，茅山向南延伸的余脉形成海拔约100米的分水岭，东侧为太湖流域，西侧属水阳江、青弋江流域。

气候。南京具有典型的北亚热带湿润气候特征，四季分明，雨水充沛，春秋短、冬夏长，年温差较大。自1905年有气象记录以来，气温经历先上升再下降又上升的变化。冬季以东北风为主，1月平均气温3.1℃，极端日最低气温-14.0℃，出现在1955年1月6日；夏季以东南风为主，7月平均气温28.4℃，极端日最高气温43.0℃，出现在1934年7月13日。日降水量大于0.1毫米的年降水日数112.9天，极端最多年降水日数152天，出现在1954年；年均降水量1144毫米，极端最多年降水量1825.8毫米，出现在1991年。

2025年，南京市平均气温显著偏高，各站均刷新历史纪录，高温日数明显偏多；降水量明显偏少，尤其是冬季、春季；强对流多发，以短时强降水和雷暴大风为主；日照时数偏多，多站进入历史前五。年平均气温17.4（溧水）—18.6（高淳）℃，较常年偏高1.0（溧水）—1.9（南京）℃，各站均刷新历史纪录。春季、夏季、秋季以及12月气温显著偏高，尤其是春季平均气温各站均创历史新高。年高温日数34（浦口、南京）—50（高淳）天，与常年相比，明显偏多17.1（南京）—26.5（高淳）天，除南京（江宁）站外，其他站为历史前五位。年降水量751.1（溧水）—980.4（高淳）毫米，与常年相比，各站偏少1.4（六合）—3.8（溧水）成，溧水和浦口分别为历史第四、第六少。各季降水以偏少为主。其中，冬季降水量显著偏少，除溧水为历史第二少外，其他各站均刷新最少值纪录；春季降水量各站为历史第三至第七少；夏季、12月降水量偏少；秋季降水量地域差异较大。年日照总时数2377.5（六合）—2653.0（溧水）小时，较常年略偏多2.3（六合）—3.7（浦口）成，浦口、溧水刷新历史最多值纪录，南京（江宁）、六合分别为历史第三、第四多。年雾日数为1（南京）—25（六合）天，地域差异较大，主要出现在秋冬季。台风“竹节草”（夏季）和“桦加沙”（秋季）带来强风雨天气。

重要天气气候事件。（1）干旱。1月1日至5月6日，全市平均降水量87.4毫米，较常年同期显著偏少7.1成，为历史同期最少值；全市平均气温11.1℃，较常年同期偏高1.9℃，为历史同期最高值。年初全市气候呈现“暖、干”特征，受温高雨少影响，大部分地区出现冬春连旱。1月下旬至2月中旬前期出现弱降水，旱情有所缓解，2月底气象干旱再次发展，4月下旬卫星监测显示石臼湖面积较上年同期减少29.7%，5月初气象干旱达到峰值，此时六合地区为重度缺墒，其他地区为轻度缺墒，六合北部丘陵地区旱情更重。（2）寒潮。出现13次较强冷空气过程，其中有6次大部分地区达到寒潮标准。特别是12月24—26日，受寒潮天气影响，全市气温明显下降，并伴有5—6级偏北风。日最低气温48小时降温幅度达8—10℃，过程最低气温出现在26日早晨，全市-2.9—-7.1℃，有较严重冰冻。（3）高温。春季、夏季、秋季以及12月气温显著偏高，尤其是春季平均气温各站均创历史新高。5月12日入夏，10月18日入秋，入秋时间明显晚于常年，夏季超长待机159天。5月12日至10月17日期间，南京国家基准气候站的平均气温27.2℃，刷新历史同期最高值纪录。季内出现5次大范围持续性高温天气过程，分别为：7月1—7日、7月15—16日、7月19—26日、8月4—9日、8月14—31日。（4）强对流。出现24次以短时强降水和雷暴大风为主的强对流天气过程，部分地区出现小冰雹。7月16日夜间出现雷阵雨天气，有4站暴雨，并伴有8—10级雷暴大风，板桥街道站测得最大风速26.6米/秒（10级）；8月25日傍晚至夜里，江宁及以北地区出现强风暴，并伴有小冰雹，8站极大风8级，4站9级，1站11级，南京国家基准气候站测得最大风速30.5米/秒（11级），且出现72.2毫米/小时的短时强降水，造成较严重影响；9月8日出现区域性强对流天气，江宁西南部暴雨，高淳、溧水部分地区出现冰雹，江宁汤山龙尚站测得最大风速34.6米/秒（12级）。（5）梅雨。6月12日入梅，较常年偏早7天；7月1日出梅，较常年偏早12天，梅雨期20天，较常年（24—25天）偏短。梅雨量125.6（高淳）—173.1（溧水）毫米，较常年偏少4.1（溧水）—5.6（高淳）成；全市平均梅雨量143.1毫米，较常年（284.5毫米）偏少5成。梅雨期内晴雨相间，仅6月19日夜里至22日出现一次大范围强降水过程。出梅后7月1—7日出现区域性连续高温天气。（6）台风。主要有2个台风或外围环流影响南京市，出现强风雨天气，其中“竹节草”影响较重。受第8号台风“竹节草”影响，7月29日至8月2日全市出现持续性强降水和7—8级阵风，其中8月1日南部大雨到暴雨，高淳部分地区大暴雨。全市171站过程累计雨量50毫米以上，21站超过100毫米，最大雨量172.7毫米（高淳固城街道）。全市29站极大风7级，3站8级，最大风速为20.2米/秒（三桥南塔）。（7）大风。受冷空气和江淮气旋影响，春秋季多次出现大风天气，其中3月2—4日、4月11—13日、4月30日至5月4日、5月8—10日、5月23日、9月17—19日出现区域性6—8级阵风。

土壤。南京土壤类型主要有地带性土壤和耕作土壤两种。地带性土壤在南京北部、中部地区为黄棕壤，在南部与安徽接壤处为红壤。经人为耕作形成的耕作土壤以水稻土为主，并有部分黄刚土和菜园土。土壤分布随地形起伏、水文条件呈现出一定规律，可分为低山丘陵区土壤、岗地区土壤和平原地区土壤三大类。据1980年至1987年全国第二次土壤普查结果显示，南京境内土壤分为7个土类、13个亚类、30个土属和66个土种，总面积41.63万公顷。

动植物资源。南京市生物多样性本底调查记录物种3672个，其中陆生维管植物1742种，陆生脊椎动物410种，陆生昆虫699种，水生生物712种，大型真菌179种。有国家重点保护野生动植物物种92种（包括国家一级重点保护物种长江江豚、青头潜鸭，国家二级重点保护物种秤锤树、中华虎凤蝶等）。玄武湖明城墙基部发现世界城市环境中天然更新的最大水杉小树及最大种群，在紫金山南麓发现城市森林中天然更新的最大南方红豆杉种群。

水资源。南京地处长江下游，长江自西南向东北斜贯市境，长约93千米，东距入海口300多千米。秦淮河自南向北奔流而来，是南京的母亲河；玄武湖、莫愁湖是镶嵌在主城区的两颗明珠。全市水域面积占全市总面积11.4%。河湖水系主要属于长江水系，仅在六合区北部流入高邮湖、宝应湖的河流属淮河水系。长江水系包括江南的秦淮河水系，江北的滁河水系，由沿江两岸独流入江的小河流形成的沿江水系，由石臼湖和固城湖组成的两湖水系，以及高淳东部的西太湖水系。地下水资源丰富且水质优良，江宁的汤山、江浦的汤泉、浦口的珍珠泉等尤为闻名。

矿产资源。南京矿产资源丰富，发现的矿产主要有铁、铜、铅、锌、锶、硫铁、白云石、石灰石、石膏、黏土等58种，探明储量的35种，其中17种矿产保有储量占全省60%以上，有4种矿产在国内处于领先地位，分别为锶矿、凹凸棒石黏土、玄武矿、石膏矿。南京的矿产主要集中在4个成矿区带，即江浦—六合铁、铜成矿带，宁镇铁、铜、硫多金属成矿带，宁芜铁、铜、硫成矿区，溧水铁、铜成矿区。地热资源比较丰富，有汤山地热田和汤泉地热田。