桂阳的地质构造自元古代震旦系以来，历经武陵、雪峰、加里东、华力西、印支、燕山、喜山等多次构造运动，主要形成径向构造和新华夏构造 。径向构造在桂阳境内处于耒阳至临武南北向构造带中段，根据构造形态，具有明显控制的有向斜和背斜构造 。新华夏构造在境内由走向北东20度左右压性断裂和褶皱组成，特别在黄沙坪矿区表现最明显 。县东北与永州、郴县交界地为永郴褶皱带部分，在桥市、青蓝乡境为归宿不明的古迹构造形态 。
桂阳县境内岩石有火成岩、沉积岩和变质岩三大类10余种 。
1、火成岩亦称岩浆岩，共有面积274.35平方公里，占全县总面积的9.23%，以花岗岩侵入体为主，较大面积的岩体有龙渡岭角闪石墨云母花岗岩、大义山、塔山黑母花岗岩三大分布地 。
2、沉积岩包括灰岩、砂岩、紫红色砂页岩和堆积物，面积2403.37平方公里，占全县总面积的80.84%，其中灰岩包括泥质灰岩、白云岩、白云质灰岩、灰质白云岩、钙质页岩等，面积1559.88平方公里；砂岩包括、粉碎岩、铁绿泥质砂岩、炭质页岩、砂质页岩，面积220.66平方公里；姿色砂页岩，面积100.8漂浮公里；堆积物，又称第四纪堆积物，面积522.03平方公里 。沉积岩是桂阳岩石作掇分布最广的矿物质 。
3、变质岩包括板岩、石英岩、变质砂岩等，面积220.72平方公里，占全县总面积的7.43% 。
桂阳地处南岭山脉中段北缘，北枕塔山、大义山、南岭骑田岭北麓，中间为广阔的丘陵岗地，形成南北高、中间低的马鞍型 。
桂阳县境内山地面积1131.59平方公里，分南部中低山区和北部中低山区两大片 。
南部中低山区有金仙寨、龙渡岭，海拔分别为1277米和1106米 。另有高800米以上山头22个，形成以南北向为主、山坡陡峭、山顶似岗状山原的山地，占全县山地面积20.48% 。成片分布于菏叶、清和、正和、太和、方元、燕塘等乡镇 。
北部中低山区由塔山、大义山、泗洲山等山体组成 。有大小山头150多个，其中海拔1000米以上的50多个，泗洲山最高，海拔1428.3米，山与山相连，组成一条近40公里长、山系纵横、层峦迭嶂的山体，成片分布与白水、华泉、杨柳、华山、光明、莲塘、樟木、浩塘、仁义、城郊、六合、东成、欧阳海、和平、桥市、青兰等乡镇，占全县山地面积的79.52% 。
桂阳境内丘陵顶部浑圆，唯莲塘等地丘陵顶多尖峰，总面积780.95平方公里 。其形态分低丘和高丘 。低丘比高60—150米，坡度15—20度的占丘陵总面积的60.5%，主要分布在燕塘、菏叶、太和、方元、仁义、城郊、泗洲、四里、浩塘、余田、洋市、莲塘、团结圩、黄砂坪等乡镇 。高丘比高150—200米，坡度20—25°的占丘陵 。
桂阳水资源丰富，年降水量41.8亿立方米，径流总量20.34亿立方米，城区有水厂两座，能满足各项工农业生产用水需求 。日设计综合供水能力4.5万吨 。
2005年，该县共投入资金269.8万元，在饮水困难的13个乡镇的17个行政村修建了集中供水工程和分散工程共17处，有力改善了广大群众的饮水状况，提高了群众的健康水平和生活质量，同时为农村经济发展注入了新的活力 。
桂阳县属,气候宜人，四季分明 。年平均气温17.2℃,年平均日照时数1705.4小时,年平均降雨量1385.2毫米 。桂阳位置东经112°13′26〃至112°55′46〃，北纬25°27′15〃至26°13′30〃 。桂阳县地处南岭山脉北侧，地貌南北高中间低，呈马鞍型，因高低差别大，气候各异 。
日照：1989—2000年，桂阳县年平均日照时数为1566小时，占全县地处纬度可日照时数的36％ 。期间，日照时数出现最多的年份是1996年，为1762小时；最少的年份是1990年，为1274小时，分别占可照时数的40％和29％ 。在一年当中，日照辐射最多的月份是7月，为245小时，平均每天有8小时；最少的月份是2月，为61小时，平均每天只有2小时，分别占可照射时数的59％和18％ 。上述日照时数表明，桂阳县属典型的亚热带季节性气候，冬季无严寒，夏季酷暑时间不长 。但县南的荷叶镇、清和乡和县北的光明、白水、华泉、华山、杨柳、桥市等山区乡，由于受地形的影响，日照时数比丘岗山地偏少2—3成，阳光不足对农业产量有一定的影响，对农业品种有一定的限制 。
气温：境内可分为两个不同类型的气候区域，南北山区为春冷、夏凉、秋千、冬寒，中部广大的丘岗山地为春凉、夏热、秋旱、冬冷；年平均气温北部山区为14—16℃，中部丘岗山地为17—18℃，南部山区为16—17℃ 。进入90年代，气温有变温趋势 。1991—2000年年平均17.5℃，比前10年高0.4℃年平均最高气温是1998年达18.6℃，部分乡镇年平均超过20℃；年极端高温南北山区30—35℃，中部丘岗山地为35／u40℃；年极端低温山区-8至12℃，丘岗山地-3至—8℃，其中1998和1999年年平均气温均超过
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