Климат
Климат района континентальный, к его особенностям относятся резкая изменчивость и непостоянство погоды по отдельным годам, что характерно для горной местности Урала.

Отмечается возрастание среднегодовых температур воздуха с востока на запад от +0,1С до +4,5°С. Среднегодовое количество осадков в западной части 404 мм, в восточной - 582 мм.
Лето прохладное. Продолжительность безморозного периода 2-3,5 мес. Средняя температура воздуха в июле +19,7°С, в горах + 13,6°С. В отдельные годы температура воздуха понижается до 0°-2,9°С или повышается до +41°С. В это время преобладает кучевая облачность. В июле-августе выпадает до 25% годовой суммы осадков.

Самый холодный месяц - январь. Температура может понижаться до -45° -48°С. Сумма осадков, выпадающих за зиму, составляет около 40% от годовой. Высота снежного покрова достигает 40-48 см, в межгорных котловинах значительно больше. Характерны резкие смены морозной погоды на теплую пасмурную с обильным снегопадом.

Преобладают южные и юго-западные ветры.

Геология и рельеф
Территория парка занимает среднюю часть низких западных хребтов Южного Урала. По тектонике - это краевая зона линейной складчатости Урала.

Почти вся территория парка входит в карстовую провинцию внешней зоны складчатого Урала, представляя в ней карстовую область линейно-вытянутых низких гор западного склона Урала. Карстовые явления особенно ярко выражены в центральной части парка в урочище "Кутук" и по долинам рек Белой и Нугуш. Карст отличается поверхностными и глубинными формами, имеется множество воронок, колодцев, поноров, пещер. В связи с широким распространением карстующихся пород, известняков и доломитов, территория входит в область активной циркуляции подземных вод.
Рельеф расчленен глубоко врезанными речными долинами. Западная часть имеет сглаженные волнистые формы рельефа, переходящие в низинные долины пойменной части рек Белой и Нугуш. Южная часть (южнее р. Белой) занимает Зилаирское горное плато. Абсолютные отметки не превышают 500 м. Рельеф выравненный, без явно выраженных по высотам вершин.

Центральная, северная и восточная части парка представляют возвышенное горное плато, изрезанное глубокими с крутыми склонами оврагами, долинами рек и ручьев. Речные долины часто переходят в отвесные скалы высотой до 150 м. Вершины хребтов сглажены. Благодаря длительному выветриванию и размыванию, образовались скопления камней и глыб, на склонах гор встречаются каменистые россыпи.

Хребты Ямантау, Кибиз, Утямыш, Калу, Камеля, Шарлак имеют меридиональное направление. Абсолютные отметки достигают 500-800 м (горы Айкяу, Ямантау, Камбяклы и др.). Реки, рассекающие хребты, образуют глубокие и узкие каньоны со скалистыми выступами различной причудливой формы ("Чертов палец", "Сфинкс", "Замок", "Утиный нос" и др.).

Гидрография
Гидрографическую сеть территории составляют горные реки Белая, Нугуш, Кужа, Урюк, Нугушское водохранилище и многочисленные ручьи.

Р. Белая и ее притоки относятся к Волжско-Камскому речному бассейну. Питаются реки снеговыми, дождевыми и подземными водами. Весеннее половодье, как правило, имеет несколько воли. Уровень воды в реках поднимается па 2-3 м выше нормального. В гидрохимическом отношении все реки относятся к группе повышенной минерализации гидрокарбонатного класса. Температура воды в р.Белой в июле +20,6°С, в р.Нугуш +17,5°С. Минимальные уровни рек отмечены в сентябре.

Протяженность р.Белой в пределах парка составляет около 110 км. В пределах парка она не судоходна. Река течет в широтном направлении, рассекая на своем пути горные хребты и образуя глубокие каньоны. В таких местах русло суживается до 15-20 м. Долина реки неширокая, до 500 м. Скорость течения 1-2 м/сек., на перекатах до 3-4 м/сек. Плесы чередуются с перекатами. Глубина от 0,5 до 3 м. По руслу и берегам реки разбросано много камней.
Р. Нугуш протекает в северной части парка, имеет протяженность около 80 км. В весеннее время - бурная и опасная река. В летнее время, в межень, - труднопроходимая из-за многочисленных перекатов, сплошь усеянных большими и малыми остроугольными камнями. Глубина до 5 м., ширина русла 10-30 м. Долина неширокая, 100-200 м. Река впадает в Нугушское водохранилище. Река Куша впадает в Нугуш, протяженность в пределах парка 15 км. Протекает по заповедной глухой части парка. Русло реки галечниковое, ширина в устье 3 м. По всему течению встречаются небольшие плесы и перекаты. Река полноводная, питается родниками.

Очень интересными объектами являются ручьи Шульган, Сумган, Кутук, Юриаш. Эти ручьи в верховьях исчезают под землей, проложили путь под известняками, образовав карстовые полости (Капова пещера, Сумганский провал).

Нугушское водохранилище расположено в западной части парка. Это крупное современное гидротехническое сооружение (1967 г.). Протяженность от плотины до подпора р.Нугуш более 20 км. Питание осуществляется от рек Нугуш, Урюк и многочисленных подземных источников.

Почвы
Почвенный покров территории парка, в основном, представлен щебнистыми вариантами горных дерновых, луговых, светло-серых и дерново-подзолистых почв.

Преобладающими почвами являются горные серые и светло-серые, на которых произрастают широколиственные дубово-кленово-липовые леса. По площади преобладают тяжелосуглинистые и среднеглинистые почвы, реже встречаются почвы на средних суглинках.

Крутые и каменистые инсолируемые склоны в нижней части заняты темно-серыми и серыми лесными почвами, выше они сменяются маломощными почвами и выходами на дневную поверхность скальных отложений и каменистых россыпей.
Незначительное распространение по речным поймам имеют аллювиальные дерновые почвы, на которых произрастает ольха, ивы, черемуха.

© Справочник "Национальные парки России". Москва: Изд-во Центра охраны дикой природы, 1996 г.