Район нижней Лены расположен в рифтовой зоне на границе двух литосферных плит - Евразийской и Северо-Американской. В дельте Лены много тектонических разломов, в районе часто происходят землетрясения, возможны сильные 8-и балльные землетрясения. Рельеф Хараулахских гор представлен низкими расчлененными плато на мезозойских складчатых структурах. Они возвышаются над уровнем моря на 250-300 м, местами до 560 м. Наиболее древнюю часть дельты Лены представляет высокий песчаный остров ,занимающий весь северо-запад -о. Арга-Муора-Сисе. Юго-западную часть дельты формируют крупные острова-останцы плейстоценовой Приморской равнины. Высота «едомных» островов Харданг-Сисе, Джангылах-Сисе, Собо-Сисе колеблется от 25 до 52 м. Нижние горизонты островов сложены песками, верхние- суглинками с прослойками торфа и остатками мамонтовой фауны. В дельте широкое распространение имеют термокарстовые формы рельефа, аласные котловины, ложбины, воронки. В дельте не менее 250-300 относительно высоких ледяных холмов- булгунняхов (гидролакколитов). По склонам оврагов выступают байджерахи - центральные части полигонов, оставшихся после вытаивания ледяных клиньев.
Климат заповедника морской полярный, очень суровый. По средним показателям климат дельты суровее климата Оймяконья, признанного полюса холода. Средняя годовая температура воздуха составляет -13.2 град. в южной части дельты и 14.3на о. Дунай. Самые низкие температуры наблюдаются в январе -34 град. на юге и минус 31.8 на севере. Абсолютный минимум температуры за время наблюдений - минус 53 град. отмечен в феврале.
Лето прохладное с заморозками и снегопадами. Самый теплый период вторая половина июля и первая половина августа. Средняя температура июля в северной части заповедника - 4 град.,в южной - 7.5 град. Максимальные положительные температуры, отмеченные в июле, достигают 33 град.. Продолжительность теплого периода со средней суточной температурой выше 0 составляет 108 дней в горах и 97 дней на побережье моря .
Зимой преобладают южные и юго-западные ветры, летом- северные и северо-восточные. Средняя скорость ветра в дельте за год 5-7 мс. Наибольшие скорости ветра могут достигать 52 мс. Число дней с сильным штормом бывает здесь около 15 в год. Годовая сумма осадков на побережье 171 мм, в южной части несколько больше - 212 мм. Снежный покров со средней мощностью 25-35 см держится от 250 до 270 дней в году. Максимум осадков выпадает в июле-сентябре. Относительная влажность воздуха составляет от 78 до 93 %, летом много дней с туманами и облачностью.
Река Лена по водоносности занимает второе место среди рек России и девятое среди рек мира. Средний годовой расход воды в устье около 17 тыс.м 3с.,а общий водный сток 513 куб.км. У острова Тит-Ары основной поток реки разбивается на многочисленные рукава, образуя огромную дельту. Наиболее крупные протоки Арынская (длиной 178 км), Трофимовская (48), Быковская (106), Большая Туматская и Оленекская. Судоходны только Быковская и Оленекская протоки.
Густота речной сети горного участка невелика и составляет 0.15-0.20 кмкв. км, в дельте увеличивается до 0.20-0.26. Общая длина речных рукавов в дельте составляет 6500 км, из них свыше 1000 водотоков с суммарной длиной 2930 км находятся в северо-западной части дельты. Ледовый покров образуется в октябре, разрушается в конце мая, толщина льда к концу зимы может достигать 2.5 м.
Дельта Лены изобилует мелкими и глубокими озерами, общая площадь которых в заповеднике составляет 253712 га, в том числе 252026 на участке «Дельтовый». В наиболее озерной части заповедника - о. Арга-Муора-Сисе-общая площадь озер составляет 134000 га. Озера дельты в основном темокарстового и пойменного происхождения, на побережье моря -лагунные.. Глубина их в основном, незначительна ,от 0.2 м до 15 м, глубина самого большого озера - Николай-Кюеле составляет 26 м.
Ежегодное промерзание приводит к смыканию сезонной мерзлоты с многолетней, смещению и перемешиванию почвенных горизонтов. В течение теплого сезона почвы успевают оттаять на глубину от 10 до 120 см. Пестрота почвенного покрова обусловливается отчетливо выраженным микрорельефом. Мерзлотные аллювиальные примитивные почвы характерны для молодых песчаных пойм, мерзлотные пойменные дерново-глееватые - для высокой поймы. На бровках первой надпойменной террасы формируются мерзлотные торфяно-болотные почвы. В центральных более высоких участках островов распространены тундрово-перегнойно-глеевые, тундровые торфяно-глеевые и торфяно-болотные почвы. На о. Арга-Муора-Сисе на пологих склонах проток, оврагов и аласов под кочковатыми тундрами сформированы тундровые перегнойно-торфянисто-глеевые почвы. Мерзлотные маршевые почвы распространены в сублиторальной зоне на морском краю дельты Лены. На вершинах и покрытых осыпями склонах Приморского кряжа распространены горные примитивные (щебнистые) почвы, подбуры щебнистые, почвы трещин и пятен. На сырых пологих склонах и перевалах, в долинах речек развиты мелкобугристые тундры с тундровыми торфянисто-глеевыми и глееватыми гумусными почвами.
