ภูมิประเทศของภาคเหนือเต็มไปด้วยขุนเขาน้อยใหญ่สลับซับซ้อน อันเป็นต้นกำเนิดของแม่น้ำลำคลองหลายสายสำคัญๆ ในภาคกลาง แควใหญ่น้อยในภาคเหนือทำให้เกิดที่ราบลุ่มแม่น้ำ ซึ่งอยู่ระหว่างหุบเขาอันอุดมสมบูรณ์ไปด้วยทรัพยากรธรรมชาติ ราษฎรส่วนใหญ่จึงรวมตัวกันอยู่ในเขตที่ราบระหว่างหุบเขา (แอ่ง) นี้
โครงสร้างอย่างหยาบ ๆ ของภาคเหนือประกอบด้วยแนวรอยพับย่นของแผ่นดิน ซึ่งมีทิศทางในแนว เหนือ – ใต้ หลายแนวขนานกัน ในตอนเหนือสุดของแนวรอยพับย่นเหล่านี้บางส่วนมีทิศทางในแนวตะวันตก ไปตะวันออก และมีพื้นที่สำคัญของประเทศอยู่หลายจุด เช่น พื้นที่ทางด้านตะวันตกสุดของประเทศที่อำเภอแม่สะเรียง จังหวัดแม่ฮ่องสอน พื้นที่ทางด้านเหนือสุดของประเทศที่อำเภอแม่สาย จังหวัดเชียงราย จุดสูงสุดของประเทศที่ดอยอินทนนท์ จังหวัดเชียงใหม่
เขตเทือกเขาและหุบเขาตะวันตก ได้แก่ พื้นที่เทือกเขาและหุบเขาด้านตะวันตกของภูมิภาค คลอบคลุมบริเวณจังหวัดแม่ฮ่องสอน และบางส่วนของจังหวัดเชียงใหม่ ประกอบด้วยเทือกเขาถนนธงชัย ซึ่งแทรกสลับด้วยหุบเขาและแอ่งที่ราบระหว่างภูเขา ที่สำคัญได้แก่ แอ่งแม่แจ่ม แอ่งปาย แอ่งแม่ฮ่องสอน และแอ่งแม่สะเรียง
เขตเทือกเขา-สลับแอ่งตอนกลาง ได้แก่ พื้นที่เทือกเขาและแอ่งที่ราบระหว่างภูเขาตอนกลางของภูมิภาค ครอบคลุมพื้นที่บางส่วนของจังหวัดเชียงราย พะเยา เชียงใหม่ ลำพูน และลำปาง เขตนี้ประกอบด้วยเทือกเขาที่สำคัญ คือ เทือกเขาแดนลาวทางตอนเหนือ และเทือกเขาผีปันน้ำ
เขตเทือกเขา-สลับแอ่งตะวันออก ได้แก่พื้นที่เทือกเขา ทิวเขา หุบเขา และแอ่งที่ราบระหว่างภูเขาด้านตะวันออกครอบคลุมเนื้อที่ทั้งหมดของจังหวัดแพร่ น่าน อุตรดิตถ์ และเนื้อที่บางส่วนของจังหวัดพะเยาและเชียงราย ประกอบด้วยภูมิประเทศหลัก คือ เทือกเขาหลวงพระบาง และแอ่งที่ราบระหว่างภูเขา
เขตที่ราบสลับทิวเขาลุ่มน้ำโขง ได้แก่พื้นที่ราบสลับทิวเขาทางตอนเหนือของภูมิภาค มีแม่น้ำสายสำคัญ คือ แม่น้ำอิงและแม่น้ำกก โดยแม่น้ำทั้งสองรวมทั้งแควสาขาไหลจากที่สูงตอนกลางไปลงที่ราบลุ่มน้ำโขงทางตะวันออก เขตนี้มีทะเลสาบน้ำจืดขนาดใหญ่ที่สุดของภูมิภาคอยู่ในเขตจังหวัดพะเยา คือ กว๊านพะเยา
