Заповедник располагается в части Сибирской платформы, именуемой Тунгусской впадиной, или синеклизой. В палеозое здесь существовало мелководное море, расчленившееся впоследствии на ряд опресненных лагун, заросших древовидными споровыми и голосеменными растениями. Толща минеральных осадков этого времени сложена светлыми песчаниками, глинистыми сланцами и углистыми глинами, которые, переслаиваясь с обуглившимися остатками растений, сформировали т.н. “продуктивный отдел” Тунгусской свиты (Обручев, 1931).

В конце палеозоя – начале мезозоя район стал ареной вулканической деятельности, благодаря чему здесь широко распространены туфогенные породы, образованные перемешиванием вулканического пепла с раздробленными осколками осадочных пород. Центральная часть заповедника представляет собой огромный кратер (кальдеру) древнего мезозойского вулкана с многочисленными побочными кратерами – как внутри основного кратера, так и по его наружным склонам (Сапронов, Соболенке, 1975). В большом количестве представлены продукты вулканических выбросов и излияний – сибирские траппы (базальты, диабазы и др.). Устойчивые к физическому выветриванию трапповые тела нередко обнажаются, сохраняя формы древних вулканических структур – пластовых магматических интрузий. В результате их разрушения образуются каменные россыпи, или курумники (Львов, Васильев, 1986).

В эпохи оледенений район находился вне области распространения ледникового покрова и подвергался действию сухих и холодных атмосферных потоков, которые стекали с ледников и способствовали глубокому промерзанию грунтов. Значительная заболоченность водораздела Подкаменной Тунгуски и Чуни и наличие здесь покрова рыхлых отложений позволяют предположить, что причиной формирования такого рельефа послужили не только аллювиальные, но и флювиогляциальные процессы.

Современный рельеф местности представляет собой невысокое плато, сложенное с поверхности рыхлыми четвертичными наносами и расчлененное глубоко врезанными долинами рек на отдельные, иногда напоминающие хребты, удлиненные плоские междуречья. Местность сильно заболочена. Отдельные выходы трапповых тел возвышаются в виде конусообразных сопок или столовых гор с относительной высотой 100-300 м. Самая высокая точка заповедника располагается на отрогах цепи сопок, называемой Лакурским хребтом – 533 м н. у. м. Вторая по высоте вершина – гора Фаррингтон – расположена близ места Тунгусской катастрофы. Ее абсолютная высота 522 м. Цепь сопок в междуречье Кимчу и Хушмы прорезана висячей долиной ручья Чургим, образующей эффектный водопад высотой 10м.

Заповедник расположен на южной границе распространения островной вечной мерзлоты. Южнее Подкаменной Тунгуски мерзлота не отмечена. Мерзлотные очаги приурочены к тяжелым, преимущественно торфяным, почвам. Вечномерзлыми оказываются или полностью весь массив небольшого торфяника, расчлененного отдельными талыми мочажинами, или отдельные торфяные бугры высотой до 3-4 м над поверхностью талой части болота. Промерзает не только пласт торфа, но и залегающие под ним почвенные горизонты.

Для данного района в целом характерно активное протекание почвенных криогенных процессов (накопление мерзлоты и ее деградация), характер которых в значительной степени зависит от рельефа и структуры растительного покрова. Так, бурение на Метеоритной заимке (1929 г.) вскрыло уровень мерзлоты на глубине 25 м. В сухих бугристых торфяниках поверхность оттаивает на 35-45 см, в заболоченных долинках ручьев под моховой дерниной мерзлота располагается на глубине 45-50 см.

Почвенный покров характеризуется широким распространением таежных маломощных скелетных почв, подзолистых (местами дерново-подзолистых) – на легких грунтах и торфяно-болотных почв, развитых в депрессиях рельефа и по долинам ручьев и речек. Болотные почвы, как правило, являются мерзлыми, даже если содержат маломощный торфяной пласт.

Мощность подзолистых почв обычно невелика – 30-60 см, причем подзолистый процесс выражен очень слабо. В почвенных разрезах под Ванаварой общая мощность горизонтов составляет около 65 см, материнская порода – серо-желтый песок с мелкими скатанными гальками – прослежена до глубины 175 см (Шумилова, 1963).

Южная граница заповедника выходит на реку Подкаменная Тунгуска, бассейну которой принадлежит вся описываемая территория. В заповедник включена также акватория нижнего течения довольно крупного правого притока Подкаменной Тунгуски – Чамбы, под охрану взято и устье правого притока Чамбы – реки Хушмы. Площадь водосбора Хушмы полностью охвачена территорией заповедника.

Долина Чамбы сильно заболочена, изобилует старицами и небольшими пойменными озерами. В среднем и верхнем течении Чамбы много омутов. Летом река мелководна. Хушма имеет характер быстрой горной речки с крутыми берегами и многочисленными шиверами в русле.

Северная граница заповедника охватывает верхнее и среднее течение реки Кимчу (левый приток Чуни), включая глубокое проточное озеро Чеко. В верховьях Кимчу – медленно текущая речка с болотистыми берегами. Далее в скалистых берегах она становится быстрой, образуя многочисленные пороги, перекаты и шиверы.

Режим питания всех рек смешанный: преимущественно снеговое питание составляет около 70% годового стока, дождевое – 25%, подземное – 5%. Такой характер питания вызывает неравномерное распределение стока по сезонам. Так, в весеннее половодье стекает порядка 60% воды. Мощные весенние половодья характерны для всех рек. Уровень воды во время ледостава также может подниматься, но незначительно. Раз в 2-3 года из-за сильных ливней случаются летние подъемы воды до 2 м и более.

Все реки берут начало из водораздельных болот. Зимой многие болота промерзают, в малых реках уровень воды падает, и они тоже промерзают. Чем мельче река, тем раньше наступает ледостав и позже – оттаивание. Период ледового покрытия – 8 месяцев и более. Для рек заповедника характерны зимние наледи, наструги, многослойный лед.

Район относится к области высокой континентальности климата с характерными для нее большими амплитудами суточных и сезонных температур воздуха и почвы, малым количеством атмосферных осадков, преимущественно летних, и отчетливо выраженными периодами летней засухи. Общая увлажненность большинства типов местообитаний обеспечивается не столько атмосферными осадками, сколько непосредственной конденсацией влаги из воздуха холодной почвой благодаря структурным особенностям лесной и болотной растительной дернины и равномерным поступлением влаги в верхние горизонты за счет сезонного оттаивания мерзлоты.

Среднегодовая температура воздуха на территории заповедника минус 6° С. Единственный безморозный месяц года – июль, и хотя средняя его температура 16°, днем в хорошую погоду она может подниматься до 30° и выше. Район находится вне влияния Атлантического и Тихого океанов, поэтому здесь преобладает ясная солнечная погода. Тем не менее, летом (в июле-августе) здесь выпадает наибольшее количество осадков, годовое количество которых составляет 388 мм. Вегетационный период длится 110-120 дней. Летом преобладает пониженное давление со слабыми ветрами.

Осень наступает быстро, причем устойчивые холода устанавливаются при ясной солнечной погоде. Зимой температура достигает минус 55-58°, и, поскольку снеговой покров здесь очень неглубок, имеет место сильное промерзание почвы.

Количество дней с отрицательной температурой – 255. Преобладающими являются западные и юго-западные ветры, изредка циклоны приносят сюда интенсивные снегопады.

© Н.В. Васильев, Г.Ф. Плеханов, Е.Е. Сыроечковский, Э.В. Рогачева, П.А. Бляхарчук, Н.В. Вронский, В.П. Елкин, Е.Д. Лапшина, Л.Н. Логунова, Ю.А. Львов, Е.Д. Мульдияров, Н.А. Олонов, Н.Л. Сапронов, В.Ю. Сопин, 2000 г.