1. Đất:

Đất đai Nghĩa Đàn rất tốt, màu mỡ dễ bị xói mòn về mùa mưa, khô hạn về mùa nắng. Trước khi chia tách, trong tổng diện tích trên 75.268 ha đất tự nhiên, Nghĩa Đàn có khoảng 13.000 ha đất đỏ bazan, loại đất rất thích hợp đối với việc trồng cây công nghiệp và cây ăn quả đặc sản, như cao su, cà phê, trẩu, chè, cam, chanh, dứa, mít. Ngoài ra, còn có 20.000 ha đất dốc tụ, 6.000ha đất đen, 1.000 ha đất phù sa và 2.500 ha đất lúa nước có thể trồng các cây lương thực cho năng suất cao và phát triển chăn nuôi. Sau khi điều chỉnh địa giới hành chính huyện Nghĩa Đàn để thành lập thị xã Thái Hòa, huyện Nghĩa Đàn còn lại 61.754 ha ha diện tích tự nhiên, 802,42 ha đất lúa nước, diện tích đất cho hoạt động khoáng sản trên địa bàn huyện là 111,89 ha.

Đất lâm nghiệp của Nghĩa Đàn có trên 50.000 ha, chiếm hơn hai phần ba diện tích toàn huyện, trong đó có 27.000 ha đất rừng, 13.000 ha có thể trồng cây gây rừng và 10.000 ha có độ dốc dưới 150, thuận lợi cho việc phát triển cây công nghiệp và chăn nuôi trâu, bò, dê, hươu... Tài nguyên rừng của Nghĩa Đàn phong phú và có trữ lượng lớn. Cây rừng có 12 họ và gần 150 loài có giá trị kinh tế cao. Trữ lượng gỗ ở rừng Nghĩa Đàn bình quân có 73 mét khối trên mỗi ha. Vùng rừng già phía Tây Bắc giáp với Thanh Hoá có đủ các loại gỗ quý như lát, gụ, lim, sến, kiền kiền, chò chỉ, dổi, de, vàng tâm… 20% diện tích rừng là nơi phát triển của tre, nứa, mét, giang, mây… Nhiều vùng có sa nhân, nấm hương, mộc nhĩ và các loại cây làm thuốc, cây hương liệu quý hiếm. Thú rừng có nhiều loại như voi, hổ, hươu, nai, khỉ, lợn rừng… Rừng Nghĩa Đàn cũng là nơi cư trú, sinh trưởng của rất nhiều loại chim muông và các loài bò sát, như công, hoạ mi, cò, vạc, trăn hoa, rắn hổ mang…

2. Nước:

Huyện có nguồn nước phong phú với con Sông Hiếu bắt nguồn từ vùng biên giới Việt- Lào, chảy qua các huyện Quế Phong, Quỳ Châu rồi xuyên qua giữa Nghĩa Đàn. Ngoài sông Hiếu, Nghĩa Đàn còn có hàng trăm cây số khe, suối, sông nhỏ do 7 phụ lưu chính của sông Hiếu (Sông Sào, khe Dền, khe Đổ, khe Cung, khe Ang, khe Đá, khe Cái) tạo nên. Sông Hiếu và các khe, suối này đã hợp thành mạng lưới song - suối dẫn nước đến các vùng trong huyện.

3.Khí hậu: Thời tiết, khí hậu của Nghĩa Đàn cơ bản có chung các đặc tính của vùng Thanh - Nghệ - Tĩnh, đồng thời có thêm những đặc điểm riêng của khu vực trung du đồi núi, á nhiệt đới. Khí hậu Nghĩa Đàn dung hoà giữa không khí của vùng đồng bằng ven biển Nghệ An với không khí nóng từ Lào sang. Hàng năm có hai mùa khá rõ rệt là mùa hè nóng và mùa đông lạnh rét, còn hai mùa xuân và mùa thu mang tính chất là những mùa chuyển tiếp, xen kẽ. Từ tháng 5 đến tháng 8 thường có gió Phơn (gió Lào) thổi về theo hướng Tây Nam gây nên vùng tiểu khí hậu khô và nóng, nhiệt độ không khí có ngày lên tới 410C. Độ ẩm không khí xuống rất thấp, có ngày xuống 30-40% gây nên hạn hán nghiêm trọng. Từ cuối tháng 8 đến tháng 10 thường có mưa to và bão lụt. Năm mưa nhiều lượng mưa lên tới 2.610 ml, năm mưa ít cũng có trên dưới 850 ml. Từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau lượng mưa rất thấp, trung bình chỉ có 450 ml. Thời gian này hay có các đợt gió mùa đông bắc khô hanh và giá rét, có lúc xuống tới âm 30, có năm hạn hán kéo dài 2- 3 tháng liền.

4. Khoáng sản: Lòng đất Nghĩa Đàn chứa đựng nhiều loại khoáng sản quý, như thiếc, vàng, than đá. Ở đây còn có nhiều núi đá vôi, đá xốp, nhiều hang động rất có giá trị về kinh tế và quốc phòng.