孟連縣地處怒山殘脈,地貌以山地為主。南北多山多山;東部和西部低,有許多山谷盆地。北部大黑山,海拔2239米;南部哈布克山海拔2196米;東部孟連壩,海拔960米;西部的孟馬壩海拔920米。境內最高點為南部的昂朗山頂,海拔2603米;最低點在西部的南雍河與南卡河交匯處,海拔497米。地形屬於山地與河谷和水壩交錯的復合型。山區有壹些寬谷盆地,較大的是孟連、馬蒙和猛阿,其次是樂浪、京新、毛靜、白萌、辛莽和芒街。孟連縣境內河流分屬瀾滄江和怒江,以大黑山-哈布克山為分水嶺,將境內河流分為南雷河和南卡河兩個水域。
南雷河發源於瀾滄江縣拉巴鄉,在緬甸東部邊境瀾滄江下遊匯入湄公河,在孟連縣境內長70公裏。主要支流有南朗河、南格河、南白河、南崖河、南碾河、南綏河、南磯河、雲源河,流域面積1.293平方公裏。
南卡河位於孟連縣西部邊境,是中緬邊境河流。入境後由北向南流經嚴復、龔欣、馬蒙三鎮,在倫吾山腳下流向緬甸,全長58公裏。主要支流有格朗愛河、格朗外河、南新河、南梅河、南馬河、南湧河。