Το έδαφος του νομού είναι ορεινό κατά 55%, ημιορεινό κατά 24% και πεδινό κατά 21%. Στο ανάγλυφο του νομού δεσπόζουν τρεις μεγάλοι ορεινοί όγκοι: το Παγγαίο στο Δ τμήμα, στα όρια με το νομό Σερρών, τα όρη της Λεκάνης στο ΑΒΑ τμήμα, στα όρια με τους νομούς Δράμας και Ξάνθης και το όρος Σύμβολο στο ΝΔ τμήμα, απέναντι και παράλληλα με το Παγγαίο. Μεταξύ των ορέων αυτών ή στα όριά τους σχηματίζονται οι πεδινές εκτάσεις του νομού, Συμαντικότερο υδάτινο ρεύμα του νομού είναι ο ποταμός Νέστος, ο οποίος ρέει στα όρια του νομού με το νομό Ξάνθης και αρδεύει τη πεδιάδα της Χρυσουπόλεως.

Οι ακτές του νομού, που εκτείνονται μεταξύ των εκβολών του Στρυμώνα και του Νέστου, στο Δυτικό τμήμα τους είναι χαμηλές και μονότονες, κατόπιν, καθώς στρέφονται προς Β, όπου απολήγει το όρος Σύμβολο, γίνονται ψηλότερες, αλλά πάντα αλίμενες, ως το ακρωτήριο Βρασίδας, Δ όριο του Κόλπου της Καβάλας, μετά το οποίο σχηματίζεται ο όρμος των Ελευθερών, του Παληού, της Τόσκας, του Μπάτη, της Καλαμίτσας ως τον μυχό, όπου βρίσκεται το λιμάνι της Καβάλας. Το κλίμα του νομού είναι μεσογειακό στη παράκτια ζώνη, με βροχοπτώσεις 400-600 χλστ., γίνεται όμως ηπειρωτικό προς Β με διπλάσιες βροχοπτώσεις.