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.
Внутренние воды. Общая протяжённость речной сети около 170 тыс. км. Наибольшей величины густота речной сети достигает в Украинских Карпатах, на Донецком кряже и на З. Полесья. Из 22523 рек длиной более 4 км 117 рек имеют длину 100 и более км. Большинство рек республики принадлежит бассейнам Чёрного и Азовского морей и только около 4% территории имеет сток в Балтийское море. Важнейшая водная артерия — Днепр с притоками: Припять, Десна, Тетерев, Рось, Суда, Псёл, Ворскла и др. Днепр пересекает всю территорию У. с С. на Ю. и делит её на 2 части — Правобережную и Левобережную; его бассейн охватывает северную и центральную части (около 50% всей территории). Юго-Западные склоны Среднерусской возвышенности и северные Донецкого кряжа принадлежат бассейну правого притока Дона — р. Северский Донец; с южных склонов кряжа небольшие реки стекают в Азовское море. Реки З. и Ю.-З. республики относятся к бассейну Южного Буга и Днестра. Закарпатье орошается верховьями р. Тисы (левого притока Дуная). На территории Черновицкой области берёт начало р. Прут. На крайнем Ю.-З., по границе с Румынией, протекает Дунай (приустьевая часть).
Реки южной, степной части У. летом частично пересыхают (за исключением главных), а нижнее Левобережье Днепра (к З. от р. Молочной) лишены постоянного стока. В питании равнинных рек основную роль играют талые воды (50—80%), а в горных — преимущественно дождевые воды. Равнинные реки имеют четко выраженное весеннее половодье, низкую летнюю межень, незначительный осенний паводок и низкую зимнюю межень. Средне годовой сток составляет от 1 до 4 л/сек с 1 км2 . Зимой большинство рек покрывается льдом; продолжительность ледостава в среднем от 2 до 3,5 мес (во время длительных оттепелей реки зимой иногда освобождаются ото льда). Запасы водных ресурсов УССР с учётом воды, поступающей с территорий БССР и РСФСР, составляют около 95 млрд. м3 , в том числе подземные воды 3,2 млрд. м3 . Крупные реки используются для судоходства; на многих реках (Днепре, Днестре, Южном Буге и др.) имеются ГЭС.
Для водоснабжения промышленных предприятий и городов созданы каналы: Северский Донец — Донбасс, Днепр — Кривой Рог, строится (1976) Днепр — Донбасс. Действует Северо-Крымский оросительный канал (1-я очередь).
Озёр более 7 тыс. (площадь от 0,1 км2 и выше; общая площадь свыше 2 тыс. км2 ); наибольшее распространение имеют озёра в поймах Дуная (Ялпуг, Катлабух), Днепра, Десны, Припяти. На побережье Чёрного и Азовского морей расположены озёра Сасык, Шаганы, Алибей и озёра-лиманы — Куяльницкий, Хаджибейский. В Волынском Полесье много карстовых озёр (Свитязское, Пулемецкое и др.). В Украинских Карпатах наиболее значительное озеро Синевир. Имеется более 23 тыс. искусственных прудов и водохранилищ (в том числе Кременчугское площадь 2250 км2 , Каховское — 2155 км2 , Киевское — 922 км2 , Днепродзержинское — 567 км2 и др.).
Почвы. Для равнинной части характерна зональность почвенного покрова. В северной части преобладают различные виды дерново-подзолистых почв, занимающие около 70% общей площади Украинского Полесья; распространены также лугово-болотные и торфяно-болотные почвы. В лесостепной части господствуют различные виды серых лесных почв, оподзоленные и типичные чернозёмы (содержание гумуса до 4—6%), покрывающие более половины её площади. В степной зоне — обыкновенные и южные чернозёмы, а вдоль морского побережья преобладают темно-каштановые почвы (содержание гумуса до 3,5—5%), требующие орошения (особенно на Ю. зоны). В Украинских Карпатах почвенный покров меняется от дерново-подзолистых почв в Предкарпатье до оподзоленных лесных бурозёмов в поясе буковых лесов и горно-луговых и горно-торфянистых на полонинах. В горном Крыму распространены преимущественно бурые лесные и горно-луговые почвы, а на Южном берегу Крыма — красно-бурые и коричневые.