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Article général Pour un article plus général, voir Puy-de-Dôme.
Coucher de soleil derrière le Puy de Dôme (à gauche)

Pays de montagnes taillé dans la roche, le Puy-de-Dôme peut être divisé en cinq régions naturelles :

On trouve d'abord la Chaîne des Puys comprenant le puy de Dôme (1 464 m), celle des Monts Dore qui possède le point culminant du département et de la région avec le Puy de Sancy (1 886 m) et la coupole volcanique du Cézallier. Cette chaîne se prolonge au nord en la zone plus vallonnée de Combrailles. Sur une grande partie nord-est du département se trouve la plaine de Limagne, située entre Clermont-Ferrand et Thiers. Elle est limitée à l'est par les monts du Forez, qui séparent le puy-de-dôme du département de la Loire.

Le centre du département, la plaine de Limagne, vallée de l'Allier et de ses affluents, constitue un fossé tectonique où alternent, d'ouest en est, coteaux calcaires et volcaniques avec la plaine marneuse puis sableuse. C’est la région la plus riche du pays.

Enfin, à l’est on trouve le Livradois, les massifs granitiques individualisés des monts du Forez (1 634 m) et ceux de la Chaîne des Bois Noirs (1 287 m).

Le système hydrographique du département est tributaire de la Loire par l’Allier et ses affluents et de la Garonne par la Dordogne qui prend sa source dans le département.

Le climat est tempéré en plaine, très rigoureux en montagne avec des précipitations qui varient en fonction de l’altitude (de 500 à plus de 2 000 mm par an).