Dãy núi Tam Đảo hình thành cách đây 230 triệu năm vào giữa kỷ Trias do hoạt động của núi lửa phun trào dung nham làm nhiều đợt chồng lên nhau. Các loại đá chính ở Tam Đảo là Riolit pocfia, penzit và các tuf của chúng.[2]. Dãy núi chạy theo hướng Tây Bắc-Đông Nam, dài chừng 80 km, rộng từ 10 đến 15 km.[3] Do tương đối dốc đứng, nên trên Tam Đảo có nhiều suối và thác nước. Thác Bạc có độ cao 50m, nước sối xuống tung bọt trắng ngay cả vào mùa khô. Cũng vì dốc đứng, nên hệ thực vật ở đây khá đa dạng và thay đổi theo độ cao. Nhiều loại rau quả ôn đới được trồng ở Tam Đảo và cung cấp cho các vùng xung quanh, nhất là cho Hà Nội. Càng lên cao, các loài cây thuộc họ lá kim càng nhiều. Loài cá cóc, là động vật đặc hữu của Tam Đảo. Vườn quốc gia Tam Đảo rộng 36.883 ha nằm trọn trong dãy núi này. Ở Tam Đảo có nhiều tài nguyên khoáng sản, đáng kể nhất là thiếc.