Провинция расположена на материковой отмели севернее 73° с. ш. и отделена от материка проливом Дмитрия Лаптева. Она состоит из трех групп островов: Де-Лонга, островов Анжу и Ляховских. Общая площадь островов превышает 36 тыс. км2. Наиболее крупные из них — Котельный (11 тыс. км2), Новая Сибирь (5240 км2), Фаддеевский (5170 км2) и Большой Ляховский (4600 км2).
По характеру геологической структуры эти острова принадлежат к Верхоянскому складчатому поясу. Их территория сложена дислоцированными палеозойскими и мезозойскими отложениями (сланцами, известняками, песчаниками), а также гранитами и базальтами, выходы которых обычны на более возвышенных участках. Значительные площади покрыты аллювиальными, озерно-аллювиальными, морскими и ледниковыми четвертичными отложениями, среди которых залегают мощные горизонты подземных льдов.
На островах провинции преобладают невысокие аккумулятивные равнины (средняя высота — 30—50 м), расчлененные короткими неглубокими долинами. В связи с широким распространением подземных льдов и мощной вечной мерзлоты весьма характерны формы рельефа мерзлотно-солифлюкционного происхождения: термокарстовые котловины, морозобойные трещины, байджарахи и т. д.
Возвышенные участки островов представляют собой эрозионно-денудационные платообразные равнины, особенно характерные для островов Котельного (высшая точка — гора Малахатин-Тас — 374 м). Большого Ляховского (гора Эмий-Тас — 311 м) и небольших островов архипелага Де-Лонга, высота которых местами превышает 400 м. На последних встречаются покровы современных ледников, занимающие более 80 км2 — около 35% площади архипелага; мощность их достигает 100—150 м.
Климат островов суровый, типично арктический. Продолжительность холодного периода не менее восьми-девяти месяцев; средняя температура января — от −28 до −32°, т. е. выше, чем на материковом побережье страны. Это объясняется влиянием расположенной к северу от островов в Ледовитом океане «сибирской полыньи», откуда поступают массы менее холодного воздуха, вызывающие повышение температуры. Лето короткое и холодное (средние температуры июля и августа 0—2°, максимальные на юге 18—20°; безморозный период отсутствует). Годовое количество осадков колеблется от 100 до 140 мм; максимум их приходится на август.
Почвенный покров развит слабо, так как большая часть территории островов занята щебнистыми россыпями или песчаными и суглинистыми отложениями, мало затронутыми процессами почвообразования. Только на небольших участках встречаются примитивны скрытоглеевые арктические и болотно-арктические почвы. Поверхность аккумулятивных равнин покрыта крайне разреженной кустарничково-моховой растительностью арктической тундры и холодной пустыни. Даже на южных островах встречаются не более 120 видов цветковых растений; среди них особенно типичны камнеломки (Saxifraga oppositifolia), пушица (Eriophorum angustifolium), полярный мак (Papaver radicatum), гравилат, куропаточья трава (Dryas punctata), арктические ивы (Salix reptans, S. glauca), а из лишайников тамнолия (Thamnolia vermicularis). Растительность повышенных участков островов, особенно архипелага Де-Лонга, еще беднее; здесь на скалах и осыпях преобладают мхи и лишайники.
Приморские тундры занимают широкую полосу северной материковой части страны: начинаются на западе, у губы Буорхая, и протягиваются на восток до побережья Чаунской губы. Эта полоса наиболее широка (до 300 км) в своей средней части, в бассейне реки Хромы. На западе она включает Яно-Индигирскую низменность, на востоке — северные районы Колымской низменности. Фундамент их сложен дислоцированными мезозойскими отложениями, почти повсеместно покрытыми мощной (от 100 до 300 м) толщей рыхлых четвертичных, главным образом аллювиальных и озерных, отложений, нередко с горизонтами подземных льдов.
Поверхность Приморской провинции приподнята над уровнем моря в среднем на 50—80 м и характеризуется небольшими колебаниями высот. Ее рельеф нельзя, однако, назвать идеально равнинным. Здесь протягиваются широкие, но неглубокие (до 40—50 м) долины крупных рек, начинающихся в горах более южных областей страны (Омолоя, Яны, Хромы, Индигирки, Алазеи, Колымы); ложбины их притоков, а также аласные понижения площадью иногда до нескольких сот квадратных километров. На междуречных пространствах много небольших термокарстовых котловин; многие из них заполнены озерами, соединенными друг с другом протоками (висками). Межозерные пространства обычно заняты холмистыми увалами (едомами). Местами над поверхностью равнины поднимаются невысокие сопки и гряды, сложенные гранитами и эффузивами.
Климат провинции суровый. Зима продолжается не менее семи-восьми месяцев (с конца сентября — начала октября до середины мая). Правда, здесь не бывает таких сильных морозов, как в более южных областях Северо-Востока: минимальные температуры редко опускаются ниже −45, −50°, а средние температуры января колеблются от −30 до −38°. Но жесткость погоды не меньше из-за сильных ветров (среднемесячная скорость ветра — 6—8 м/сек, максимальная — 25—30 м/сек) и значительного числа дней с метелями. Снежный покров сохраняется на протяжении 255—265 дней, достигая максимальной мощности (25—35 см) в марте; плотность его весьма велика, что, в частности, затрудняет использование зимних оленьих пастбищ. Начало весны приходится обычно на конец мая, когда происходит интенсивное таяние снежного покрова.
Лето пасмурное и сравнительно холодное. Средние температуры июля на севере 4—5°, а вблизи южной границы провинции 11—12°. Даже в июле случаются заморозки до −3 −4°. Глубина летнего оттаивания мерзлых грунтов обычно не превышает 20—50 см. Осень холодная (средняя температура сентября около 0°), пасмурная, сырая, иногда с сильными метелями. Территория провинции получает 150—250 мм/год осадков. Основная масса их приходится на летние месяцы, когда преобладает пасмурная погода с затяжными моросящими дождями.
Реки отличаются спокойным течением и резкими изменениями расходов по сезонам года. Половодье на них бывает в начале лета. Ледяной покров устанавливается в октябре и удерживается до конца мая. Наиболее крупные реки — Яна, Индигирка, Алазея и Колыма — в пределах провинции судоходны.
Приморская провинция располагается целиком в тундровой зоне. Прибрежная полоса ее на Крайнем Севере занята арктическими тундрами с маломощными торфянисто-глеевыми почвами и разреженным покровом преимущественно из мхов и лишайников. Из высших растений встречаются осоки (Carex stans), камнеломки (Saxifraga cernua), пушица, кустики прижатой к земле полярной ивы (Salix polaris) и немногие другие виды. Почвы маломощные торфянисто-глеевые. Среднюю часть равнины занимает подзона мохово-лишайниковых тундр на торфяно-глеевых и маломощных глеевых почвах. На западе провинции в этой подзоне преобладают моховые, а в низовьях Колымы — лишайниковые и осоково-пушицевые тундры. Наконец, южные районы относятся к подзоне кустарничковой тундры. Наряду с негустыми зарослями низкорослых кустарничков (вороники — Empetrum nigrum, голубики — Vaccinium uliginosum, брусники Vaccinium vitis-idaea, багульника — Ledum decumbens) значительные участки здесь заняты влажной осоково-пушицевой кочкарной тундрой на торфяно-глеевых почвах. В речных долинах и невысоких предгорьях встречаются участки тундровых заболоченных лиственничных редколесий. Для всех подзон тундры характерно широкое распространение гипновых, травяных и гипново-травяных болот.
Приморская тундровая равнина освоена и заселена еще слабо. Большинство населенных пунктов расположено в долинах рек. Жители занимаются рыболовством и охотой; меньшее значение имеет оленеводство, базой которого служат еще далеко не полностью используемые тундровые пастбища. Возможно огородничество (преимущественно закрытого грунта).
Провинция располагается в обширном понижении, ограниченном склонами Момского хребта и Юкагирского плоскогорья. В состав ее входят разнородные в тектоническом отношении участки Колымского срединного массива, Олойской впадины и Приомолонского прогиба, подвергшиеся опусканию в четвертичное время.
Бо́льшая часть территории занята Среднеиндигирской и Колымской низменностями, которые сложены рыхлыми, преимущественно аллювиальными, отложениями, нередко с линзами и горизонтами подземных льдов. На поверхности равнины располагаются многочисленные термокарстовые котловины, занятые озерами, обычно неглубокими. На водоразделе правых притоков Индигирки и левых притоков Алазеи и Колымы поднимаются массивы Алазейского плоскогорья (высшая точка — 954 м), хребта Улахан-Сис (754 м) и Кондаковской возвышенности (491 м). Они сложены дислоцированными палеозойскими и эффузивными мезозойскими отложениями и характеризуются преобладанием пологосклонного рельефа.
Климат здесь более континентальный, чем в Приморской провинции. Лето теплее (средняя температура июля 10—14°) и несколько продолжительнее; безморозный период длится 60—70 дней. В некоторые дни максимальные температуры в Среднеколымске достигают 34°; в июне и августе изредка случаются заморозки, но в июле их не бывает. Зима в Колымо-Индигирской провинции холоднее, чем в Приморской: средние температуры января — от −36 до −42°, а минимальные достигают −62°. Однако дней с сильными морозами (ниже −50°) здесь меньше, чем в соседних горных областях, — в Среднеколымске в среднем за год их бывает всего два. Ветры в холодный период года слабые, преимущественно южных румбов. Осадков выпадает несколько больше 250—300 мм/год, а на юге Алазейского плоскогорья — до 520 мм; максимальная мощность снежного покрова — 40—60 см.
В связи с климатическими особенностями на равнинах преобладают глеево-мерзлотно-таежные суглинистые почвы, формирующиеся под редкостойными северотаежными лиственничными лесами, высота деревьев в которых не превосходит 8—15 м при диаметре ствола 20—30 см. По производительности эти леса относятся к насаждениям V и реже IV класса бонитета; запас древесины равен в среднем 40—60 м3/га. В зависимости от условий увлажнения и глубины летнего оттаивания мерзлоты в подлеске преобладают тощая и кустарниковая береза, ольховник или кедровый стланик. Нередки также лиственничники-зеленомошники, кустарничковые и осоково-пушицевые лиственничники.
Общая лесистость равнинных пространств не превышает 40—50%, несколько увеличиваясь в южных районах. Во многих местах древесные насаждения уступают место заболоченным лугам, гипново-травяным или осоково-пушицевым болотам, особенно характерным для речных долин.
В низкогорных массивах отчетливо выражена высотная зональность. На склонах Алазейского плоскогорья и хребта Улахан-Сис до высоты 350—400 м на горных мерзлотно-таежных щебнистых почвах растут северотаежные леса с мохово-лишайниковым наземным покровом. Нередки также лиственничники с подлеском из кустарничков (вороники, брусники) или с зарослями кустарниковой ольхи и ерников. Выше господствуют каменистые кустарничково-лишайниковые горные тундры.
Основная масса населения живет в поселках, расположенных в долинах крупных рек, и занята рыболовством, охотой и оленеводством.