Между Главным и Передовым хребтами залегают сланцевые депрессии, с которыми связаны долины рек Умпырь, Закан, Алаус, Ачипса. Из снежников и ледников северного склона Главного хребта берут начало притоки Кубани. Две крупные реки — Большая Лаба с притоком Малая Лаба и Уруштен, Белая с притоком Киша, — расчленяя северный склон на отроги и пересекая ряд небольших хребтов, стремительно мчатся к Кубани. Реки южного склона — Мзымта, Сочи и Шахе — впадают в Черное море.
В ясную погоду море бывает видно с вершин заповедных гор, а с противоположной стороны сверкает огромный белоснежный купол Эльбруса.
Геологически территория Кавказского заповедника интересна тем, что тут хорошо представлены как древние кристаллические сланцы докембрия, так и четвертичные аллювиальные отложения. На горах Ачешбок, Тхачи и других, расположенных между реками Малой Лабой и Белой, найдены наиболее полные для Кавказа триасовые отложения. Горы в заповеднике и его окрестностях по своему облику весьма разнообразны. Так, Большой и Малый Тхачи очень типичны для предгорий Северного Кавказа. Это куэсты, т. е. наклонные плато с гигантским обрывом к югу.
Весьма характерны для заповедника высокие хребты с острыми как нож гребнями, сложенными глинистыми сланцами. Таковы, например, Джемарук и Тыгба; на их склонах то и дело натыкаешься на прискалки, окруженные осыпями из пластинок сланца. Обычны здесь и следы древнего оледенения: горные озера, ложбины — кары и корытообразные долины — троги.
Гора Фишт и соседнее с ней плоскогорье Лагонаки, лежащие у границ заповедника, сложены известняками, на которых видны проявления карста — провальные воронки и цирки.
Климат заповедника не однороден. Главный Кавказский хребет служит здесь климатической границей, отделяющей влажное и теплое Черноморье от относительно более сухого, холодного и континентального Закубанья. Хребет ставит преграду для распространения на северо-восток влажных воздушных масс со стороны моря и холодных воздушных течений на юго-запад.
На черноморских склонах Главного хребта, в поясе гор 1500–2500 метров, выпадает очень много осадков — до 3500 миллиметров и более в год. В то же время в северо-западной части заповедника годовая сумма осадков не превышает 1000–1500 миллиметров, а в северо-восточной, в бассейнах Малой и Большой Лабы, она еще меньше — всего 600–900 миллиметров в год.
Зимой на склонах гор высотой до 1000 метров снегопады чередуются с дождями, снежный покров невелик и сохраняется главным образом на северных склонах и в затененных долинах. Напротив, в высокогорье, особенно в западных частях заповедника, снега очень высокие. Исключительной снежностью отличаются верховья рек Сочи, Киши, Уруштена. Так, на горе Ачишхо, на высоте около 1800 метров, где расположена метеорологическая станция, снежный покров устанавливается с октября и сходит только в июле, достигая высоты около 3 метров, а, например, зимой 1932 года выпало около 7 метров снега, так что здание станции было с крышей занесено снегом и работники ее два месяца выходили наружу через слуховое окно.
Сильные ветры постоянно переносят большие массы снега, обнажая одни участки склонов и наметая на другие мощные толщи. Гигантские снежные карнизы на хребтах, подтаивая на солнце, срываются лавинами и с грохотом несутся вниз, сметая все на своем пути.
Весна начинается уже в феврале. В это время в поясе лиственных лесов дневные температуры уже положительные, снег сохраняется только на теневых склонах, реки начинают освобождаться ото льда, зеленеет трава, зацветают лиловые цикламены. В середине или конце февраля зимовавшие в лесах вьюрки, зяблики, чижи и щеглы готовятся к отлету, появляются первые перелетные птицы.
Однако вверх по склонам гор весна передвигается медленно. В марте в поясе пихтовых лесов еще высокие снега, а в высокогорье в это время часты снегопады и толщина снежного покрова нередко достигает максимума. Но мартовское солнце уже хорошо греет, и в затишье можно ходить на лыжах в одних трусах.
В начале — середине апреля бурное таяние снегов идет и наверху, реки выходят из берегов. А в лесной зоне на буке и грабе появляются первые листочки, зацветают азалия, понтийский рододендрон, дикие яблони и груши. На полянах цветут клубника, лютики, первоцвет. На южных склонах субальпийского пояса обилие голубых пролесков, желтых купальниц и примул. На северных склонах весна наступает на месяц позже, когда там сходит снег. Только в конце мая, а иногда в июне открываются горные перевалы через Главный Кавказский хребет.
Лето в горах прохладное и дождливое. Нередки ливни, превращающие даже маленькие ручейки в бурные потоки. Смена погоды в течение дня имеет типичный ритм, повторяющийся изо дня в день. Утро обычно ясное, холодное, с обильной росой. На дне долин лежат тяжелые туманы. Они быстро поднимаются с первыми лучами солнца; после полудня облака постепенно затягивают небо, и вскоре в горах начинается дождь, иногда с градом. Дождь редко бывает продолжительным, но к вечеру спускается туман. Уже в темноте, когда теплый ветер начинает тянуть вверх по склонам, облака уходят, и ясное небо сверкает звездами.
В начале сентября, а иногда уже в конце августа на альпийских лугах выпадает снег, ночные температуры не поднимаются выше нуля. Однако днем еще тепло, погода ясная, сухая, и снег сохраняется только на вершинах. Перевалы через Главный хребет остаются открытыми до половины октября. В это время на зорях у границы леса за многие километры слышен рев оленей — трубный и протяжный дикий стон.
В конце октября в горах уже зима. Снежный полог постепенно сползает вниз по склонам. В ноябре снега спускаются до лиственных лесов, а в декабре зима повсюду- В нижнем поясе гор зимой нередки оттепели с дождями, но бывают и ясные морозные дни, когда температура на северном склоне Главного хребта падает до —15° и даже ниже; правда, на южных склонах таких морозов не бывает. Зимой в горах обычны снежные обвалы и лавины, ураганные ветры и метели, производящие огромные разрушения.
Растительность. Значительная расчлененность рельефа, сложная история формирования территории, положение заповедника на стыке двух геоботанических провинций — Колхидской и Северо-Кавказской — обусловливают исключительное богатство флоры. Общее число видов растений в заповеднике свыше полутора тысгчч, среди которых около 20 процентов эндемичны.
Особый интерес представляют древнетретичные реликтовые растения, характерные для Колхидской провинции и проникшие сюда, на северные склоны, через понижения Главного хребта в западной части заповедника. Это понтийский рододендрон, лавровишня, падуб — все с вечнозелеными, не опадающими на зиму листьями, плотными, кожистыми и лоснящимися, будто всегда мокрыми от дождя.
В бассейне реки Белой группами или единично встречается замечательный третичный реликт — тис; он похож на пихту, но вместо шишек у него одиночные ягодообразные красные семена, красиво выделяющиеся на темно-зеленой хвое. По реке Цине, вблизи заповедника, есть самшит.
Обычен в заповеднике колхидский плющ, довольно редок каштан, хмелеграб, грецкий орех. Интересны кавказская черника и многие эндемичные травянистые растения.
К востоку от водораздела рек Киши и Уруштена элементы колхидской растительности становятся реже, и до северо-восточных границ заповедника доходят немногие. Зато тут уже можно встретить некоторые ксерофиты, типичные для Центрального Кавказа. В лесах по Большой Лабе появляется восточная ель и сосна. В продольных долинах Умпыря и Закана попадаются остепненные участки с ковылем и бороздчатой овсяницей.
Большая часть территории заповедника покрыта лесами. Леса Кавказа отличаются от северных большим разнообразием древесных пород, обилием подлеска, гигантскими размерами деревьев. Например, 400 — 500-летние пихты в заповеднике достигают 50 метров высоты и 2 метров в поперечнике.
Нижний пояс гор, до 800—1200 метров над уровнем моря, покрыт широколиственными лесами. Чаще других встречаются тенистые буковые леса, почти совсем лишенные травянистой растительности. Особенно характерны буковые леса для южных склонов Главного хребта, где они нередко покрывают весь склон — от границы заповедника (400–500 метров) до субальпийской зоны. Вечнозеленый подлесок здесь образован понтийским рододендроном и лавровишней. Плоды бука (чинарики) в период их созревания привлекают сюда кабанов, медведей, оленей, косуль и других зверей.