南疆地形上是一个闭塞的盆地，故本区的河流都向盆地的中心集中。又因气候的干燥，使许多小河流流出山区以后，即消逝在戈壁滩中。南疆的主要河流有：开都河（焉耆）部分河水注入博斯腾湖、部分注入孔雀河，往南经铁门关流入塔里木盆地，复向东流入罗布泊。塔里木盆地内最主要的是塔里木河水系，塔里木河长约2134公里。塔里木系指数条河流汇流的意思，是由源出天山的阿克苏河（阿克苏河上游又分二支，北支为昆马立克河，西支为托什干河）和源出于帕米尔的喀什河，在阿瓦提县以南地区流入叶尔羌河，及源出于昆仑山的叶尔羌河与和田河汇流而成。叶尔羌河是塔里木河的正源，至麦盖提县附近与提兹那甫河相会，更往北流与喀什河相会。和田河有两源，东为玉龙哈什河（白玉河），西为喀拉喀什河（黑玉河）。二条河平行流向和田以南约120公里处汇合，穿过塔克拉玛干沙漠，在阿克苏以南约150公里处与阿克苏河、叶尔羌河相汇而成塔里木河。塔里木河由托里克向东流，在沙雅附近又与渭干河相汇。这一段大都流经沙漠地区。因渗漏与蒸发的关系，愈向下流水量愈减，所挟泥沙多在沙雅以东沉积，使河床在这一段迁移不定。流至伊犁后复向南流与源出阿尔金山的车尔臣河同注于塔特马湖。
南疆地区是一个干盆地。气候的极端干旱性和土壤的普遍盐渍化，使植物种类非常贫乏。常见的大多是第三纪残遗下来的旱生种类，主要有柳、盐生草、合头草、苏枸杞、大花野麻、沙蒿、大沙枣、勃氏麻黄、骆驼剌、泡泡剌、铪铛剌、沙拐枣和芦苇等。
由于南疆地区的地理位置和严酷的自然条件的影响，动物也具有独特性。生活于此的动物主要是适应于荒漠的种类。它们的皮毛色泽单调，善于奔跑，能作长距离的迁徙，对于食物，主要是水分的要求不高，能耐干旱，大多数的动物具有很好的视觉和听觉。穴居生活也是荒漠动物的适应特征之一。广泛分布的兽类当推啮齿目沙鼠亚科的子午沙鼠、塔里木兔和羚羊了。鸟类中的自尾地鸦则可视为本地区的典型。
绿洲不但水草丰盛，且多开垦为农田，动物界无论在种类上或数量上亦均较荒漠为多。典型的动物是小家鼠、大耳猬、凤头百灵、麻雀、灰斑鸠、戴胜等。野鸽的数量也不少，当地居民都在庭院中设置巢箱或高架以供它们营巢或休憩。
沿河一带主要是胡杨林，此外还有大片的柳丛、甘草、芦苇、野麻等。野猪和马鹿是这里分布较广的兽类。白翅啄木鸟是典型的胡杨林鸟类，此外像紫翅椋鸟、黑顶麻雀、红尾伯劳也分布至此。
周围山地降水量随着山地的高度而有差异，一般山地降水比平原地区多，植物的生长也较好。山区的植被有着显著的垂直变化。一般说来由下而上可分为荒漠草原、草原、亚高山草原草甸和高山带。在亚高山带顶部阴坡的个别阴湿山沟中有片段的云杉林。山区环境较为复杂，为动物提供了良好的生活条件。因此，种类较平原地区为丰富，同时也有明显的变化。在此分布较广的早獭、长尾黄鼠等是草原、草甸的典型种类；鸟类则以金额丝雀、岩鸽、山斑鸠、柳莺等最为常见。平原地区的子午沙鼠等亦见于低山山麓的荒漠地带。
昆仑山和阿尔金山则较天山南坡更为干旱，荒漠上升几乎直接与雪线相连。在荒漠的下部主要为合头草荒漠，上部为蒿属荒漠。由于气候干旱，植物区系更显得单调，动物的种类亦显得较其他山区贫乏。兽类以岩羊、灰尾兔较多。鸟类方面以石鸡较多。
总之南疆地区为一闭塞的盆地，气候极为干旱。荒漠的景观直接影响了动物区系的组成和独特的生活习性。体色浅淡近似沙色，健于奔驰，能久耐干旱，听觉和视觉发达，穴居生活等是这一地区动物的特点。
2．天山。
天山处于亚洲中部荒漠之间，下部受到大陆性气候的影响，极为干旱，向上则由于气候逐渐转为寒冷而湿润，山顶则为冰雪所覆盖。西段一方面山势较高，另一方面多少受到北冰洋湿气流影响，故远较东段为湿润，山的阴坡有块状分布的雪岭云杉的出现，而东段则几乎没有。虽然如此，天山在南疆的部分还是一个较湿润的地区。
天山北坡大部分地方的植物被覆，自下而上可以分为五带
（1）山麓草原带。这一带从山地的边沿开始，到海拔1800米的高处止。这一带越近深山，草类的生长越密，成为肥美的草地。在边沿地带除非是河谷近旁或向阴之处，否则草类就长得稀疏一些，有不少地方甚至地层显露，呈现着一片干枯灰色的景象。在河谷两岸，因水分充足，又盛长白杨，其间偶而也可见到桦树。
（2）森林带。从1800米到2200米的高处是有名的天山森林带，山岭的北坡或向阴之处都是茂密的森林，面南或向阳的山坡则树木少见，往往成为很好的草地。天山的森林树种单纯，除云杉（即鱼鳞松，当地各族人民就称它为松树）外，其他树种极为少见。云杉性喜阴湿。土壤的肥力也要相当的高，才能生长成林，天山北坡正是提供了这样的自然条件。在天山的云杉林间