Dải Gaza có địa hình bằng phẳng hay gợn sóng, với các đụn cát gần bờ biển. Điểm cao nhất là Abu 'Awdah (Joz Abu 'Auda), với độ cao 105 mét trên mực nước biển. Địa hình Bờ Tây chủ yếu là vùng cao gồ ghề bị chia tách, có một số thực vật tại phía tây, song phía đông hơi khô cằn. Độ cao biến đổi từ bờ bắc của biển Chết là 429 m dưới mực nước biển,[29] đến điểm cao nhất trên núi Nabi Yunis đạt 1.030 m trên mực nước biển.[30] Khu vực Bờ Tây không giáp biển, là khu vực tiếp nước cho nước ngầm duyên hải của Israel.

Đồng bằng duyên hải Gaza gồm các đụn cát và trầm tích pha cát màu mỡ. Ngoại trừ một cát kết đá vôi xốp gọi là kurkar trong tiếng Ả Rập, không có đá nào khác trong khu vực. Trong khi đó, các núi thấp chiếm ưu thế tại Bờ Tây: núi Gerizim (881m), Nabi Samwil (890m), và núi Scopus (826m). Các đá chủ yếu bao gồm trầm tích biển (đá vôi và dolomit). Tính xốp của đá cho phép nước ngấm xuống địa tầng không xốp, rồi cung cấp nước cho nhiều tầng ngậm nước trong khu vực.[31]

Thung lũng Jordan là một đứt đoạn của hệ thống đứt đoạn Biển Chết, một phần kéo dài của Thung lũng tách giãn Lớn phân tách mảng châu Phi khỏi mảng Ả Rập. Toàn bộ đứt đoạn được cho là từng gãy nhiều lần, chẳng hạn như trong động đất năm 749 và năm 1033. Hụt trượt do sự kiện năm 1033 đủ để gây ra một trận động đất khoảng 7,4 Mw.[32]

Sông Jordan là sông lớn nhất tại Palestine, tạo thành biên giới phía đông của Bờ Tây cho đến khi đổ vào biển Chết. Báo cáo cho hay có tới 96% nước sạch sông Jordan bị điều hướng bởi Israel, Jordan và Syria, mặt khác lượng lớn nước thải chưa xử lý được cho chảy ra sông. Một báo vào năm 2013 cho thấy rằng Israel thường từ chối để cư dân Palestine tại thung lũng Jordan tiếp cận sông.[33] Biển Chết là thực thể nước lớn nhất tại Palestine, còn thung lũng Marj Sanur tạo thành một hồ theo mùa.[34] Một số dòng chảy không thường xuyên, tiếng Ả Rập gọi là wadi, chảy vào sông Jordan hoặc biển Chết qua Bờ Tây, một số wadi chảy qua Israel vào Địa Trung Hải.

Khí hậu tại Bờ Tây chủ yếu là khí hậu Địa Trung Hải, mát hơn một chút tại các khu vực cao phía tây so với bờ biển. Tại phía đông, Bờ Tây bao gồm phần lớn sa mạc Judea trong đó có bờ biển phía tây của biến Chết, có đặc trưng là khô nóng. Gaza có khí hậu bán khô hạn nóng với mùa đông ôn hoà và mùa hè khô nóng.[35] Mùa xuân đến vào khoảng tháng 3-4, và tháng nóng nhất là tháng 6-7, với nhiệt độ trung bình là 33 °C. Tháng lạnh nhất là tháng 1 với nhiệt độ thường là 7 °C. Mưa hiếm và thường xuất hiện từ tháng 11 đến tháng 3, với lượng mưa hàng năm là 116 mm.[36]

Tài nguyên tự nhiên của Palestine gồm có bùn lấy từ biển Chết,[37] có chứa magie, cali cacbonat hay brom. Tuy nhiên, tài nguyên này là độc quyền của các khu định cư Israel; một báo cáo vào năm 2015 cho rằng giá trị gia tăng của việc tiếp cận các nguồn tài nguyên tự nhiên này có thể mang lại cho nền kinh tế 918 triệu USD mỗi năm.[38] Palestine cũng có nhiều mỏ khí đốt với trữ lượng cao trong khu vực lãnh hải của Dải Gaza; tuy nhiên chúng chưa được khai thác do Israel hạn chế khu vực lãnh hải của Gaza từ 3 đến 6 hải lý trong hành động phong toả Gaza.[39]

Dải Gaza phải đối diện với hoang mạc hoá, mặn hoá nước ngọt, xử lý nước thải, dịch bệnh truyền qua nước, suy thoái đất, và cạn kiệt cùng ô nhiễm tài nguyên nước ngầm. Bờ Tây cũng có nhiều vấn đề tương tự, dù nước sạch sung túc hơn nhiều song việc tiếp cận bị hạn chế do Israel tiếp tục chiếm đóng.[33]