Sau khi được thành lập, Tam Sa đã trở thành thành phố cực nam của Trung Quốc, danh hiệu này trước đây thuộc về thành phố Tam Á. Tam Sa cũng là một trong hai thành phố hải đảo của Trung Quốc, thành phố còn lại là Chu San thuộc tỉnh Chiết Giang. Theo phân định của chính phủ Trung Quốc, Tam Sa bao gồm khoảng 260 đảo, đá, đá ngầm, bãi cát trên Biển Đông với tổng diện tích đất liền là 13 km². Địa giới thành phố trải dài 900 km theo chiều đông-tây, 1800 km theo chiều bắc-nam, diện tích vùng biển khoảng 2 triệu km². Tam Sa là thành phố có diện tích đất liền nhỏ nhất, tổng diện tích lớn nhất và có dân số ít nhất tại Trung Quốc.[52] Độ sâu trung bình của vùng biển Tam Sa là 1200 mét, độ sâu lớn nhất là 5559 mét nằm ở cực nam của rãnh Manila. Theo mạng Hải Nam sử chí, ba quần đảo Tây Sa, Nam Sa và Trung Sa có tổng diện tích đất liền là 12 km² với tổng cộng 248 đảo, đá phân bố như sau:[53]

Quần đảo Hoàng Sa và quần đảo Trung Sa nằm ở đông nam đảo Hải Nam. Quần đảo Trung Sa chủ yếu là các bãi ngập nước, ngoại trừ đảo Hoàng Nham có một phần nổi trên mặt biển. Quần đảo Hoàng Sa có khoảng 22 hòn đảo, diện tích đất liền khoảng 8 km², trong đó Phú Lâm là đảo lớn nhất. Quần đảo Trường Sa nằm ở phía nam của Biển Đông, gồm nhiều nhóm đảo, đá, bãi ngầm, cồn cát khác nhau, có diện tích khoảng 2 km²; Trường Sa có điểm cực nam là bãi ngầm James (James Shoal, Trung Quốc gọi là bãi ngầm Tăng Mẫu).[54]

Hoàng Sa

Theo mạng Hải Nam sử chí, vùng biển của quần đảo Hoàng Sa rộng hơn 500.000 km², có tổng cộng 40 đảo và đá san hô và trong đó có 29 nổi lên trên mặt biển. Tổng diện tích đất liền của Hoàng Sa là 10 km² và là quần đảo có các đảo lớn nhất trong ba quần đảo. Quần đảo Hoàng Sa có thể chia làm hai nhóm đảo: nhóm An Vĩnh (Trung Quốc gọi là quần đảo Tuyên Đức) ở phía đông-bắc và nhóm Lưỡi Liềm (Trung Quốc gọi là quần đảo Vĩnh Lạc). Trong số đó, đảo Phú Lâm là lớn nhất với diện tích 2,10 km², tiếp theo là đảo Linh Côn (Trung Quốc gọi là đảo Đông) với 1,70 km², lớn thứ ba là đảo Tri Tôn (Trung Quốc gọi là đảo Trung Kiến) với 1,50 km², các đảo còn lại nhỏ hơn 0,40 km², đảo có điểm cao nhất là đảo Đá (Trung Quốc gọi là Thạch đảo) với cao độ 15,9 mét trên mực nước biển, có 20 đảo nhỏ cao dưới 5 mét trên mực nước biển, chiếm tỉ lệ 62,3%.[55]

Đảo Phú Lâm là đảo lớn nhất của quần đảo Hoàng Sa và của cả thành phố Tam Sa. Đảo Phú Lâm cách cảng Du Lâm trên đảo Hải Nam 180 hải lý về phía đông nam. Đảo có hình bầu dục, chiều dài đông-tây là 1950 mét và chiều dài bắc-nam là 1350 mét và diện tích khoảng 2,1 km². Đảo Phú Lâm có địa thế bằng phẳng, có chiều cao trung bình 5 mét trên mực nước biển, điểm cao nhất nằm ở phía tây nam đạt 8,5 mét. Rạn san hô bao xung quanh đảo có chiều rộng khoảng 1200 mét; bãi cát dọc theo chu vi đảo rộng 100 mét và có đê cát cao từ 6-8 mét bao quanh. Phần trung tâm của đảo vốn là vùng đầm phá khô cạn, là loại đất đá vôi do được hình thành từ phân chim. Mặc dù các giếng có lượng nước phong phú song vì nguồn nước này có chứa magiê sulfat nên không uống được và chỉ có thể dùng để tắm rửa. Đảo Phú Lâm có thảm thực vật rậm rạp với 148 loài thực vật hoang dã, chiếm 89% tổng số loài thực vật hoang dã tại Hoàng Sa, chủ yếu là sừng dê hoa vàng (Strophanthus divaricatus), tử châu thùy dài (Callicarpa kochiana), Chaenomeles speciosa và dừa. Động vật trên đảo chủ yếu là chim điên, cốc biển (Fregatidae), nhạn biển và các loại chim biển khác.[55]

Trung Sa

Quần đảo Trung Sa nằm ở đông-nam Hoàng Sa, cách đảo Phú Lâm khoảng 200 km và có vùng biển rộng 600.000 km². Tương tự như Hoàng Sa, Trung Sa bao gồm các bãi, đá san hô song chỉ có đảo Hoàng Nham là nổi trên mực nước biển. Địa mạo của Trung Sa giống như một cao nguyên rạn san hô dưới mặt biển. Hoàng Nham là một đảo san hô vòng có hình tam giác, có chu vi khoảng 55 km và diện tích (bao gồm cả vùng đầm phá) là 150 km². Đảo Hoàng Nham có hai phần nổi lên trên mặt nước biển: Nam nham nằm ở phía đông nam và trông như một cột đá lớn, có chiều cao 1,8 mét so với mực nước biển và cao hơn các rạn san hô xung quanh khoảng 3 mét và có đường kính 3-4 mét; Bắc nham nằm ở phía bắc và cũng là một đá san hô nhô lên trên mặt biển song có độ cao thấp hơn Nam nham; hai nơi cách nhau khoảng 10 hải lý. Phía nam của đảo Hoàng Nham có một lối vào cho tàu thuyền rộng khoảng 400 mét, sâu từ 4 đến 12 mét.[56]

Trường Sa

Quần đảo Trường Sa là quần đảo rộng nhất trong ba quần đảo. Theo mạng Hải Nam sử chí, Trường Sa có phạm vi 905 km từ đông sang tây và 887 km từ bắc xuống nam, vùng biển rộng khoảng 886.000 km². Phía tây Trường Sa giáp với Việt Nam, phía đông giáp Philippines và phía nam giáp các nước Malaysia, Brunei và Indonesia. Trung Quốc đã tiến hành đặt tên cho 177 trong tổng số hơn 230 đảo, đá, bãi cát ngầm ở Trường Sa. Các đảo lớn nhất trong quần đảo Trường Sa là Ba Bình, Thị Tứ, Bến Lạc, Trường Sa, Song Tử Đông, Song Tử Tây, Nam Yết, Loại Ta, Vĩnh Viễn. Đảo Ba Bình có diện tích 0,432 km², còn tại đảo Song Tử Đông (Trung Quốc gọi là đảo Bắc Tử) có điểm cao nhất là 12,5 mét. Theo mạng Hải Nam sử chí, Trường Sa được chia thành 5 nhóm đảo:[57]

1. Cụm Bắc: có tọa độ 9°42′～11°31′ vĩ Bắc và 114°02′～115°02′ kinh Đông, có 53 đảo và bãi ngầm và trong đó có 8 đảo nhỏ, 5 bãi cát，33 ám tiều, 6 ám sa và 1 ám than. Cụm này lại có thể chia thành ba nhóm, xung quanh các đảo Ba Bình, Song Tử Đông và Sinh Tồn (Trung Quốc gọi là Cảnh Hoành).
2. Cụm Đông-Bắc: có tọa độ 8°48′～11°55′ vĩ bắc và 115°04′～117°50′ kinh Đông, từ bãi Đồng Thạnh (Trung Quốc gọi là Hùng Nam tiêu, nghĩa là ám tiêu Hùng Nam) ở phía bắc đến bãi Trăng Khuyết (Trung Quốc gọi là Bán Nguyệt tiêu, nghĩa là ám tiêu Bán Nguyệt) ở phía nam. Cụm này có 2 đảo, 34 ám tiều, 5 ám sa và 6 ám than.
3. Cụm Trung: có tọa độ 6°57′～9°40′ vĩ Bắc và 111°37′～115°55′ kinh Đông, có hình bán nguyệt, chiều dài đông tây ước tính là 260 hải lý còn chiều dài bắc-nam ước tính là hơn 140 hải lý. Cụm này có 1 đảo, 26 ám tiều, 12 ám sa, 2 ám than.
4. Cụm Tây-Nam: nằm ở cực tây nam, có tọa độ 7°28′～8°08′ vĩ Bắc và 109°44′～110°38′ kinh Đông, bao gồm 5 bãi: Phúc Tần (Trung Quốc gọi là Quảng Nhã), Huyền Trân (Trung Quốc gọi là Nhân Tuấn), Quế Đường (Trung Quốc gọi là Lý Chuẩn), Phúc Nguyên (Trung Quốc gọi là Tây Vệ) và Tư Chính (Trung Quốc gọi là Vạn An). Đây là các bãi cạn mà Việt Nam coi là nằm trong vùng đặc quyền kinh tế và thềm lục địa của mình, không thuộc quần đảo Trường Sa.
5. Cụm Nam: có tọa độ 3°57′44″～5°59′55″ vĩ Bắc và 112°16′25″～112°56′00″ kinh Đông, gồm 7 ám sa và 9 ám tiều, trong đó có ám sa Bắc Khang (North Luconia Shoals, tức bãi Luconia Bắc), ám sa Nam Khang (South Luconia Shoals, tức bãi Luconia Nam) và ám sa Tăng Mẫu (James Shoal, tức bãi ngầm James).