Warunki naturalne Znaczną część (ok. 120 tys. km²) zajmują wulkany i skały wulkaniczne; dosyć znaczną powierzchnie zajmują solniska. Na pustyni występują rzeki okresowe, wypływające z sąsiednich lodowców Andów; w okolicy pustyni płynie natomiast stosunkowo dużo rzek. Tereny te oryginalnie były tropikalnymi lasami, natomiast po wypiętrzeniu Andów zaczęły je pokrywać pyły wydobywające się z nich, a także znacznie zmalała ilość deszczu w tych okolicach. Najwyższym punktem jest Domuyo (4702 m n.p.m.), a najniższym – Laguna del Carbón (105 m p.p.m.; także największa depresja Ameryki Południowej i całej półkuli zachodniej).
Klimat Klimat dosyć znacznie różni się w obrębie pustyni, gdyż rozciąga się ona od wysoko położonych terenów po morskie wybrzeże. Charakteryzuje się stosunkowo niskimi temperaturami oraz silnymi wiatrami. W najchłodniejszych rejonach średnia temperatura wynosi 3 °C i rzadko przekracza 12 °C. W tym rejonie występuje 7 miesięcy zimy i 5 lata. Generalnie część północna, bliżej granicy z Brazylią notuje wyższe temperatury – w okolicach Rio Colorado latem do 31 °C w dzień; na północnym wybrzeżu 26 °C do 29 °C w dzień, a nocą od 12 do 15 °C na wybrzeżu i 7 do 10 °C na północnym stepie.