天塩川
全長256 kmは北海道内では石狩川に続き2番目の長さで、日本国内でも4番目の長さとなる長流河川であるが、大きな支流が少ないため、流域面積は5,590 km2で国内10位にとどまる。和人入植以来、数次に渡り流路変更などの河川改修を行ってきた結果、その全長は明治時代以前の河川改修前より大幅に短くなっている。下流部を中心に河川改修跡である三日月湖が沿川に数多く見られるが、河口から158 kmまで堰などの川を横断する工作物が設置されておらず、また、コンクリートの護岸工事の実施箇所が少なく、自然のままの護岸が多く残されていることが特徴となっている。
北見山地
天塩川のつくる盆地列の東に並ぶ山地で、北海道のオホーツク海側と日本海側を分ける分水嶺となっている。天塩岳や渚滑岳など石狩山地に近い南部が最も標高が高く、北と東に向かって低くなっており、この傾斜はオホーツク海の広い大陸棚まで続く。山々は1,000m以下の低山が多く、稜線の連続があまり見られず山塊が孤立して存在する。