三沙市地处中国南海，地貌景观全部由珊瑚礁地貌构成，根据与海平面的高差分为岛屿、沙洲、礁、暗滩、暗沙等类型。

西沙群岛是三沙市位置最北的群岛，主体部分还分为永乐群岛与宣德群岛。中沙群岛位于西沙群岛东南部，多为环礁、暗沙，黄岩岛是唯一高潮时露出海面的。南沙群岛是三沙市位置最南、分布最广的群岛，主要分为东、南、西三群。

三沙市属热带海洋性季风气候。一年间受太阳2次直射，年太阳辐射总量总辐射值140千卡/平方厘米。全年为夏季天气，热量和气温均为全国之冠，但由于海洋的调节，少有酷暑。每年10月至次年3月为东北季风盛行期，5月至9月为西南季风盛行期，平均风速6米/秒左右。平均每年发生台风6～7次，最多达10余次，其中70%来源于西太平洋，30%来源于南海本身，台风旺季为每年7～10月。年平均雨量在1500～1900毫米之间，但在时间上分配不均，每年12月至次年5月为少雨期，6月至11月为多雨期，故一年只有两季，前者为干季，后者为湿季。

三沙海区富含碳水化合物、蛋白质、脂肪、维生素和矿物质等成分的低等植物藻类有上千种，为全国四大海区之冠，被誉为“海中森林”、“海底草原”。海洋动物品种繁多，主要有腔肠类、棘皮类、鱼类、虾类、贝类、爬行类、哺乳类等。其中腔肠动物珊瑚虫就有110种和5个亚种，占全国珊瑚虫种数的一半以上；鱼类有2000种左右，其中经济鱼类约800种，价值高的有200多种；珍贵水产品还有珠贝、海螺、鲍鱼、海参、海胆、龙虾、海龟、玳瑁、抹香鲸等。岛屿陆生动物主要是海鸟类，有鲣鸟、鹭、鸥、军舰鸟等60多种10多万只。

三沙热带海洋中很多动植物都具有较高的药用价值，如珊瑚、贝类和藻类等都具有众多特异代谢物，日月贝、海绵、鲨鱼软骨及海蛇毒等可提取抗癌药物，是中国重要的药用海洋资源。

在南海渔业资源的潜在渔获量为650万吨～700万吨，其中，水深500米以浅南海陆架区（含北部湾）水域潜在渔获量约500万吨；西南中沙礁盘水域潜在渔获量约100万吨；南沙南部中国传统疆界线内潜在渔获量约30万吨。除上述海域外，在南海断续线内还有150万平方公里的深水区，潜在渔获量约60万吨。 群岛海底蕴藏着大量有价值的矿产，包括铁、锰、铜、镍、钴、铅、锌等数十种金属元素和沸石、珊瑚贝壳灰岩等非金属矿以及热液矿床，其中锰结核和钴结核储量丰富，是极富经济开发价值的海底矿产。

三沙海域的海水盐度高，总含盐量在70万亿吨以上，发展海水制盐业前景广阔；海水中还含有80多种化学元素，利用海水提取钾、钠、钙、镁、镍、铀、金、碘、溴、碳、锶、硼、硅、氢、氧、氘、氟、重水、芒硝等元素和化学物质大有可为。 三沙市温差能蕴藏量每年可达18.99×1020焦耳，约合600亿千瓦。仅西沙海域海水中铀的总含量就达15亿吨，铀核能相当于一个25万千瓦电站150亿年的发电量；氘核能的蕴藏量有150×1015万千瓦时，相当于一个25万千瓦电站7500亿年的发电量。

南海海底蕴藏巨大的“可燃冰”--天然气水合物，其总量为643.5～772.2亿吨油当量，相当于我国陆上和近海天然气总资源的一半。在南海北部神狐海域就有11个可燃冰体，预测储藏量约为194亿立方米。　　南海是世界上主要的沉积盆地之一，已发现有37个沉积盆地都具有聚油气的良好地质条件。有关专家估算，海底至少可以找到250个油气田，其中12个可能成为大型油气田，蕴藏的油气资源储潜量为700多亿吨。其中，石油储潜量为292亿吨，天然气储潜量为58万亿立方米。　　主要分布为：北部湾盆地石油储量约11亿吨；莺歌海盆地油气储量约57亿吨；南海中部油气盆地石油储量约5亿吨；曾母盆地油气资源储量为120～130亿吨；礼乐滩盆地石油储量约为14亿吨；南华礁盆地石油储量约为6亿吨；西巴拉望盆地石油储量约为7亿吨；中业岛盆地石油储量约为4亿吨；太平岛盆地石油储量约为3亿吨。 三沙的地理方位，具有极大的空间优势。200多万平方公里海域的空间资源，广袤而又富饶。西中南沙群岛岛礁面积小，数量多，多以集群形式分布，由西沙、中沙、南沙3个群组自北向南依次排列，为南海及诸岛开发的梯级推进提供了广阔的空间资源。