Berggrunnsgeologisk skiller nordøsthjørnet av Hinnøya seg klart ut fra de harde grunnfjellsområdene som dominerer Lofoten - Vesterålen, Hinnøya og storparten av Grytøya. Den delen av Hinnøya som ligger i Harstad har også store områder med skifer- og kalkbergarter; det samme gjelder flere av de små øyene i øst og nord, bl.a. Gressholmen, Rogla, Arnøya, Måga og Åkerøya. Dette gir opphav til myke landskapsformer, med avrundete fjell og åser, som for en stor del er preget av langvarig beitebruk.

Granittfjellene lengst sør i kommunen (Sætertind m.fl.) og på Grytøya har mer alpine former og når opp i mellom- til høyalpint belte. Sætertind (1094 m o.h.) er kommunens høyeste fjell. På Grytøya når Nona 1012 m o.h.

Norge har en av de lengste kystlinjene i verden. Landet strekker seg over tolv breddegrader fra Sørlandskysten i sør til Nordkapp i nord. Sammen med et grovt topografisk relieff, bidrar dette til store klimatiske forskjeller, både i retning nord-sør og fra kyst til innland. Harstad-området hører naturgeografisk til den mellomboreale sonen, dvs. midtre del av det boreale barskogsbeltet - her som ellers langs norskekysten med bjørk som dominerende art, men med innslag av gråor-heggeskog på god jord, og noen små utposter av kystfuruskog. De høyereliggende skogområdene har et nordborealt preg, og er tilnærmet rene bjørkeskoger, med noe rogn og vierarter.

Som følge av tilførselen av varmt vann med den atlantiske strømmen, har Norge et usedvanlig mildt klima i forhold til breddegraden. Havstrømmene følger kysten nordover, og bidrar i høy grad til å utjevne klimaet. Det blir imidlertid gradvis kjøligere nordover langs kysten. En lang rekke plantearter har nordgrense på verdenbasis i Norge, derav en god del i Nord-Norge. Viktige grenseområder mot nord er Helgelandskysten, Salten, Lofoten (og i noe mindre grad Vesterålen), og Vågsfjorden.

En rekke planter har sin nordgrense rundt Vågsfjorden, gjerne med nordlige utposter i Harstad og Kvæfjord, i noen tilfeller også på den sørlige delen av Senja og på Dyrøya. Eksempler på arter som har nordgrense ved Harstad er:

  • Myske (Galium odoratum)
  • Kjøttnype (Rosa dumalis)
  • Broddtjønnaks (Potamogeton friesii)

Nevnes kan også knappsiv (Juncus conglomeratus) og storklokke (Campanula latifolia); begge er viltvoksende nord til Vesterålen, men finnes kulturspredt i Harstad, på Grytøya (begge artene) og Åkerøya (storklokke).

Harstad-området ligger i området mellom ytterkysten og indre fjordstrøk/innlandet. Det har ikke så milde vintre som ytterkysten, men er heller ikke så vinterkaldt som landet innenfor. Dette setter et klart preg på plantelivet, både over og under skoggrensen. Berggrunns- og jordbunnsmessige forhold spiller imidlertid også en viktig rolle. Både sommertemperatur, lengde på vekstsesongen, vintertempetur og stabil/ustabil vinter kan ha betydning for utbredelsen av planter og dyr.