À l’extrémité nord-ouest de l’Artois, la « boutonnière » du Boulonnais révèle l’affleurement de roches dures anciennes, essentiellement des calcaires remontant au jurassique. Sur le littoral, le rebord du plateau calcaire du Boulonnais forme une falaise appelée Côte d’Opale, où se dessinent les caps Gris-Nez et Blanc-Nez. Dans la partie orientale de la Région, les plateaux du Hainaut et du Cambrésis sont constitués de calcaires du crétacé, recouverts en partie par d’épais limons qui en font de prospères espaces agricoles. Ils sont sillonnés par plusieurs larges vallées, notamment celles de la Scarpe, de la Sambre, de la Selle ou encore de l’Escaut.

Le climat de la Région Nord-Pas-de-Calais est frais. Au mois de janvier, la moyenne des températures est de 3 °C, à l’exception du littoral, où elles peuvent atteindre 5 °C. L’hiver voit l’alternance de périodes sèches et froides avec des périodes humides et plus tempérées. L’intérieur des terres connaît entre 60 et 80 jours de gelée par an contre une vingtaine sur le littoral. L’été est frais : la moyenne des températures du mois de juillet est de 16 °C. Les vents d’ouest et de sud-ouest apportent souvent de l’humidité. D’abondance moyenne, les précipitations sont régulières tout au long de l’année. Elles sont de l’ordre de 541 mm par an en moyenne à Dunkerque et de 1 000 mm sur les collines de l’Artois. La Flandre connaît des précipitations moyennes annuelles proches de 700 mm. Cependant, malgré des précipitations inférieures à la moyenne nationale, le temps est souvent nébuleux, signe d’un degré hygrométrique élevé. Cette nébulosité explique la faiblesse de l’ensoleillement annuel : moins de 1 700 heures d’ensoleillement par an. La partie la plus continentale, longeant la frontière belge et se prolongeant jusqu’aux Ardennes, bénéficie même d’un ensoleillement inférieur à 1 600 heures par an, ce qui en fait la Région la moins ensoleillée de France. Encarta