Донецкий авлакоген (см. Донецкий угольный бассейн ) сложен в центральной части мощными (до 15 км ) каменноугольными угленосными образованиями и пермскими соленосными толщами, выходящими на поверхность. В северо-западной части бассейна обнажены триасовые и юрские отложения, а по его краям — меловые и палеоген-неогеновые породы; они собраны в складки, погружающиеся на С.-З. в Днепровско-Донецкую впадину, заполненную толщей дислоцированных соленосных и угленосных образований палеозоя и слабо нарушенной толщей мезо-кайнозойских пород. На Ю. Украинский массив ограничен Причерноморской впадиной, заполненной полого залегающими меловыми и палеоген-неогеновыми отложениями.
Горные сооружения юга У. — Горный Крым и часть Восточных Карпат — входят в состав Альпийской геосинклинальной (складчатой) области . Крымские горы — крупное глыбово-антиклинальное поднятие, сложенное триас-юрскими флишевыми породами, меловыми и третичными песчано-глинистыми и карбонатными толщами. Украинские Карпаты включают Предкарпатский краевой прогиб, складчатую область Карпат (флишевая и внутренняя антиклинорная зона) и Закарпатский внутренний прогиб. В складчатой области обнажены докембрийские и палеозойские породы, перекрытые мезозойскими отложениями и флишем мелового и палеогенового возрастов. Неогеновые образования характерны для Предкарпатской и Закарпатской впадин.
На территории У. находятся крупные рудные и угольные бассейны: Криворожский железорудный бассейн , Керченский железорудный бассейн , Никопольский бассейн марганцевых руд, Донецкий угольный бассейн и Львовско-Волынский угольный бассейн , а также многочисленные месторождения бурого угля. Месторождения горючего газа и нефти связаны главным образом с палеозойскими отложениями Днепровско-Донецкой впадины (Сумская, Полтавская, Харьковская и Черниговская области) и с палеоген-неогеновыми отложениями Предкарпатской впадины (Борислав, Дашава); наиболее крупные месторождения — Западно-Крестищенское и Шебелинское (Харьковская область). В Донецком бассейне находится Никитовское месторождение ртути. На У. имеются месторождения титановых руд (Иршанское, Стремигородское), бокситов (Смелянское, Высокопольское), нефелинов (Ждановское), алунитов (Береговское, Беганьское), каолинов (Глуховецкое, Турбовское); месторождения каменной соли в пермских отложениях Донбасса (Артёмовск) и в неогеновых отложениях Закарпатской впадины (Солотвина), месторождения калийных солей в Предкарпатье (Калуш, Стебник); многочисленны месторождения нерудных полезных ископаемых — гранита, габбро, лабрадорита (главным образом в Житомирской области), флюсовых известняков (Еленовское), динасовых кварцитов, мрамора, графита, мела, стекольных и формовочных песков. У. богата источниками минеральных лечебных вод. Некоторые минеральные источники имеют мировую славу (Трускавец — гидрокарбонатно-кальциево-магниевые воды). Широко известны сероводородные источники Великого Любеня и Немирова (Львовская область); углекислые источники распространены в Закарпатье (Поляна, Квасова, Лужана, Плоское); радиоактивные — в Хмельнике (Винницкая область), в районе Мироновки (Киевская область) и др. Распространены лечебные грязи (в озёрах и лиманах) на побережье Чёрного и Азовского морей.
Климат умеренный, преимущественно континентальный, значительно более тёплый и мягкий, чем в прилегающих восточных областях РСФСР. Наряду с усилением континентальности климата с З. на В. наблюдается широтная зональность: с С. на Ю. увеличивается разница между летними и зимними температурами, уменьшаются толщина и продолжительность снегового покрова, количество осадков и относительная влажность. Средние температуры января изменяются от —7° до —8 °С на С.-В. до 2—4 °С на Южном берегу Крыма; июля от 18—19 °С на С.-З. до 23—24 °С на Ю.-В. Продолжительность безморозного периода колеблется от 150—160 дней на С. до 200—210 дней на Ю. и до 270 дней на Южном берегу Крыма. Ветры меняются по сезонам года: зимой в северной половине республики преобладают западные ветры, приносящие влагу, в южной — северо-восточные и восточные сухие и холодные. Летом наиболее часты северо-западные ветры; однако в южной половине нередки также восточные и юго-восточные ветры, иногда суховеи. Годовое количество осадков изменяется от 600—700 мм на С.-3. до 300 мм на Ю.-В., в горах Крыма выпадает 1000—1200 мм, на Украинских Карпатах до 1200—1600 мм; максимум осадков приходится на большую часть республики преимущественно на весенние и летние месяцы. На Ю., в стенной зоне, увлажнение недостаточное и в отдельные годы бывают засухи.