北迴鐵路位於蘇澳與花蓮之間（圖1），通過臺灣中央山脈東斜面北段，緊依太平洋。路線所經之處多為陡峭的山脈和險峻的海岸斷崖，即蘇花斷崖。鐵路沿線之地形由北而南概述如下：
　　南聖湖－永春：為糞箕湖山（海拔461公尺）的東斜面及沖積平原，穿越草鹿山，地勢較平緩，其間有蘇澳一號隧道（長199公尺）、蘇澳二號隧道（長113公尺）、蘇澳三號隧道（長206公尺）、及蘇澳四號隧道（長239公尺）。
　　永春－東澳：永春隧道（長3981公尺）穿越連結小帽山（海拔786公尺）、猴椅山（海拔632公尺）、和東澳嶺（海拔819公尺）的向西北延伸之山脊。
　　東澳：山麓沖積扇、階地、丘陵狀白雲山突陵（東澳隧道，長167公尺）和沖積平原所構成的東澳溪流域。
　　東澳－南澳：南澳隧道（長5286公尺）連接東澳、南澳二沖積平原，楓樹山（海拔1194公尺）、源頭山（海拔1013公尺）南澳嶺（海拔702公尺）、烏石鼻；山嶺高聳，地勢陡峻，交通不便。山嶺分佈與延展受地質構造與岩性控制，形成「之」字形排列。
　　南澳－南溪：大南澳北溪與大南澳南溪流域沖積平原與山麓階地及丘陵狀突陵組成。左右山東麓有武塔一號隧道（長345公尺）、武塔二號隧道（長185公尺）兩座。
　　南溪－漢本：為海岸山（海拔420公尺）、南山（海拔605公尺）的南北方向山脊形成的海岸斷崖。南溪、鼓音間的觀音隧道（長7757公尺）為本省最長之隧道。鼓音及谷風（白來分）間的谷風隧道（長2484公尺），工程艱鉅。
　　漢本－和平：為大濁水溪的三角洲平原與海岸沙丘。
　　和平－和仁：為飛田盤山（海拔1402公尺）東南邊之傾斜懸崖之和平隧道（長2970公尺）。
　　和仁：為和仁溪口的三角洲平原與海岸沙丘。
　　和仁－清水：為右岸山（海拔1148公尺）東南麓懸崖，和仁隧道（長2411公尺）穿越。
　　清水－小清水：為清水山（海拔2407公尺）東南麓懸崖之清水隧道（長2106公尺）。
　　小清水－崇德：為千里眼山（海拔1623公尺）、立霧山（海拔1272公尺）南北向山峰之東斜坡，陡峭的海岸斷崖（清水斷崖），崇德隧道（長2688公尺）穿越。
　　崇德－花蓮新站：為立霧溪之三角洲平原、海岸沙丘、沖積平原和階地。
　　簡言之，鐵路沿線，盡為崇山峻嶺，交通不便。在南澳以北，山嶺多沿東西向延展，東沒於太平洋，西與中央山脈主嶺線相接；主要山峰有東澳嶺、西帽山及源頭山。南澳以南，山嶺約作南北向排列，大致由高200至1300公尺之斷崖峭壁構成，以和仁西南方之清水山為最高峰，海拔2407公尺。沿線地區溪流甚多，除大南澳南北溪及大濁水溪外，河道均短小，河床陡急，為幼年期河谷。諸溪流多為東西向，源起中央山脈東斜面，向東流入太平洋。其主要溪流，自北而南有東澳溪、南澳溪、和平溪、和仁溪、及立霧溪。在各主要溪流入海處，有扇狀或弧形三角洲，由礫石、泥、沙堆積而成。自北而南有蘇澳、東澳、南澳、和平、和仁及崇德諸三角洲。其中和平、崇德兩三角洲較大，且為扇形三角洲，其餘均為弧形三角洲。