溫嶺的陸地地形東西長，南北窄，東西長55.5公裏，南北寬35.9公裏，陸地總面積925.82公裏，其中山區387.3公裏，平原490.62公裏，河流、水庫、池塘47.9公裏。它被稱為魚米之鄉。境內地勢西高東低，自西向東逐漸傾斜。西部和西南部多為起伏的丘陵，屬北雁蕩山殘脈，最高海拔733.9米。北部、中部和東部為平原，地勢平坦，河流縱橫，是黃文平原的主要組成部分，海拔2.5~3.0米。全市海岸線316.91公裏(其中陸地海岸線147.5公裏)；境內20米等深線淺海面積924.05公裏；島嶼170多個，面積14.89公裏；海灘多為濱海平原外潮間帶的淤泥質淺灘，面積155.39 km，海灘平坦。
溫嶺市境內溪流河流眾多，全長1.494km，總水域面積31.06 km，總容積6253.9萬立方米，庫容491.63萬立方米。目前有市級河流3條，縣級河流16條，重要鎮級河流331條。主要河流有金清港、南關河、翁嶴河、蓮樹橋河、24公河、梁雲河、木城河、若淞河、大溪河等。主要水系為金清水系，溫嶺境內水系面積693.05 km，占總水系面積的59.1%。其次，西南地區有幾個獨立的水系。金清河水系的流量明顯受降水控制，屬於雨源河流。其他水系的河流都是間歇性河流，源短流急，枯洪變化差異很大。
溫嶺市屬於中亞熱帶海洋性季風氣候，氣候溫和，四季分明，溫濕度適中，熱量充足，雨量充沛，光照適宜，無霜期長。全年最大風向為東北風，大風日數為136天，其中熱帶風暴和臺風入侵引起的大風約占80%；年平均氣溫17.3℃，平均無霜期252天。年平均日照時數為1861.1小時，平均蒸發量為1270.2毫米，平均總輻射為104.8大卡/平方厘米。年平均降雨量1649.6mm，平均降水日數169天。3-6月和8-9月是全年兩個明顯的多雨期，降雨量的分布特征與地形結構相壹致。西北大於東南，山區大於平原。災害性天氣主要是旱澇，夏秋季受副熱帶高壓控制，晴熱不下雨容易造成幹旱。歷史上幹旱期最長5個月，最短1個月。洪水主要由梅雨和臺風暴雨引起。
溫嶺市在地質構造上屬於浙閩東部邊緣，新華夏第二個壹級構造復合隆起帶南段以東，溫州-寧波斷裂以東的海岸帶。由於新構造運動的影響，西部和西南部的裸露平原擡升成山。山地地層復雜，巖石種類多，主要由晚侏羅世火山噴出的熔巖組成，巖性主要為火山碎屑巖和火山碎屑沈積巖。東部為第四紀沈降區，多次海侵，形成海河沖積平原，地層為第四紀海相沈積和現代河流沖積層。
溫嶺市土壤類型多樣，地理分布明顯。共有5種土壤類型，包括黃壤、紅壤、潮土、水稻土和鹽漬土，分別占土壤總面積的0.06%、48.29%、2.35%、43.85%和5.45%。黃壤分布在海拔600m以上的山頂，多種植茶葉和馬尾松；紅壤主要分布在600m以下的低山丘陵，多為以馬尾松為主的林地、竹園和疏林地；潮土主要分布在河谷和沿海地區，多為糧田、園地；水稻土分布在平原河網地區，主要種植水稻、大麥等糧食作物；濱海地區呈帶狀分布鹽漬土，種植蠶豆、棉花等耐鹽性強的作物。