地理位置天津市位于北纬38°34＇～40°15＇，东经116°43＇～118°04＇之间，处于国际时区的东八区。地处中国华北平原东北部，海河流域下游。北起蓟县黄崖关附近,南至滨海新区大港翟庄子沧浪渠，南北长189公里；东起滨海新区汉沽洒金坨以东陡河西干渠，西至静海县子牙河王进庄以西滩德干渠，东西宽117公里。东临渤海，与山东、辽东二半岛相望；北依燕山，与河北省、北京市相邻。是海河五大支流南运河、子牙河、大清河、永定河、北运河的汇合处和入海口，素有“九河下梢”、“河海要冲”之称。天津市疆域周长约1290公里，其中海岸线长153公里，陆界长1137公里。市域总面积11916.9平方公里，海域面积3000余平方公里。
天津市地处太平洋西岸环渤海经济圈的中心，背靠中国华北、东北、西北地区，面向东北亚，不仅毗邻首都，还是华北、西北广大地区的出海口，是亚欧大陆桥中国境内距离最短的东部起点。北距北京120公里，是拱卫京畿的要地和门户。
地势天津绝大部分为平原，少部分是山地和丘陵。地貌特征：其一北高南低，西北高东南低。从蓟县北部山区到塘沽、汉沽、大港的滨海，呈簸箕形向海河干流和渤海方向倾斜。最高点为蓟县与河北省兴隆县交界处的九山顶，海拔1085.5米。最低处是塘沽大沽口，海拔为零。其二山区面积小，平原辽阔。山地、丘陵海拔高度小，相对高度大。平原既低且平。其三河流纵横，坑、塘、洼、淀星罗棋布。其四古海岸遗迹（俗称贝壳堤）明显存在，成为滨海平原的奇观，为中国其他滨海地区所罕见。天津的地貌类型有山地、丘陵、平原、洼地、海岸带、滩涂等。丘陵分布在燕山南侧，介于山地与洪积、冲积倾斜平原之间，面积228.7平方公里；平原分布在燕山至渤海之间，面积约占全市土地面积的95.5%，绝大部分在海拔20米以下，其中2/3地区为低于4米的洼地；冲积平原分布在燕山山前洪积冲积平原以南，滨海平原以西的广大地区。地势低平，海拔均在10米以下，地面坡度为1/5000～1/10000，受河流交叉沉积影响，地面有小规模缓岗和碟形洼地交错起伏，河流泛区分布有沙丘、沙地；海积冲积平原分布在宁河、潘庄、北仓、杨柳青一线以南，南运河以东，汉沽、塘沽、甜水井一线以西，是全新世以来海洋和河流交互作用地区，地貌低平，多湿地，海拔高度3～5米，地面坡度1/5000左右，有贝壳堤和古泻湖、洼淀；海积平原位于海积、冲积平原以东和海啸所达上界（蔡家堡至驴驹河一线）之间的狭长地带，海拔1～3米。地面坡度小于1/10000，现仍受海水影响，多盐滩、沼泽和低湿地，表面组成物质以盐质黏土为主。海岸带和滩涂位于特大高潮线以下地区。海岸物质粒径小于0.05毫米的占50%以上，属于泥质海带。有龟裂带（也称湿地）、潮间浅滩及水下岸坡等。
水文天津地处海河流域下游，河网密布，洼淀众多。历史上天津的水量比较丰富。海河上游支流众多，长度在10公里以上的河流300多条。这些大小河流汇集成中游的永定河、北运河、大清河、子牙河和南运河五大河流。这五大河流的尾闾即是海河，统称海河水系，为天津市工农业生产和人民生活的水源河道。此外，天津还有自成水系的蓟运河。
气候天津地处北温带半干旱半湿润季风气候区，四季分明。冬季受蒙古冷高压控制，盛行西北风，天气寒冷干燥；夏季受西北太平洋副热带高压西侧影响，多偏南风，且高温高湿，雨热同季；春季干旱多风，冷暖多变；秋季天高云淡，风和日丽。天津主要为大陆性气候特征，但受渤海影响，有时也显现出海洋性气候特征，海陆风现象比较明显。全年平均气温在11.4℃～12.9℃之间，1月最冷，月平均气温在-5.4℃～3.0℃之间；7月最热，月平均气温在25.9℃～26.7℃之间。年平均降水量为566毫米，全年85%左右的降水量集中在夏秋季。年平均日照时数在2471～2769小时之间。年平均风速为2.3米/秒。年平均水分蒸发量为163～1912毫米，最大蒸发量2673.3毫米。