雙溪的疆域南北狹長，依河川流域的不同可分為二部份，南半部的北勢溪流域和北半部的雙溪川流域，南北部的北勢溪流域約在泰平里一帶，面積約為五十.五平方公里，占全區面積約三四.五%。地形上層雪山山脈北投向西北延伸的丘陵，海拔在三百公尺以上，地質上為長水流層和澳底的交錯地帶。其泥質粉砂岩抗蝕力強，沿河床形成陡壁，故長土層不厚，亦少平地。農田僅分佈在河階上。大部為一季稻獲區，二獲不易。北勢溪在泰平里內分為太平溪和灣潭溪二支，其中灣潭溪流域，位置近雪山山脈主脊，海拔在六百公尺以上，對外交通不易。北半雙溪川流域為雙溪區的精華區，雙溪區十二個里有十一里在此流域，每一個里都有河川經過，而聚落也分佈在河谷上。

　　本區之主要河川有兩條，茲述之如下

• 平林溪
  　　發源於本區之盤山坑海拔約四百公尺處，向東北方向流約五公里到柑腳，又經一公里多到外柑腳，折向西南流經上林、平林約經七公里半到雙溪里，於左岸受牡丹溪，兩岸分別有四、五條支流相會。
• 牡丹溪
  　　又名武丹坑溪，發源於三貂武丹坑，南流經二公里多與宜蘭鐵道線交，自此北流五公里經粗坑，五分時為鐵路所跨越，流至雙溪里與平林溪匯流域雙溪河，再向東南流向貢寮區。
  雙溪河，亦稱雙溪川。曲折東南行約二公里丁蘭溪，乃折而呈一大灣，約一公里半，又折而向東行四公里至貢寮區，於右岸受內寮川。雙溪自貢寮以下，儼然如大河，繞下雙溪，東南行折而北，作一長達三公里半之大灣，以至新社。雙溪至新社至海口取東向南，凡行二公里半與一小溪合流而後入海。總計雙溪川流長約二十七 公里，流域面積一四五平方公里，坡降平均每公里為一四．八公尺為短促河流中之較平坦者。

　　另外值得一提的是，北勢溪發源於本區之泰平里三方向山之北麓，三流齊西，會合於後寮子附近。今為翡翠水庫之集水區最上源。 

地質
　　雙溪地區的地質構造十分複雜與平溪區交壤的山區屬瑞芳群，北端和瑞芳約九份、金瓜石連接在一起，同屬安山岩及安山質碎屑岩地帶。而全區大部分地區則屬野柳群。瑞芳群的地質年代在中新世中期，其下的石底層是台灣最重要的含煤地層，但本區的石底層已接近煤盆邊緣，故經濟價值不高，而本區重要煤層則係屬於野柳群的木山層，木山層的地層年代在中新世早期，是臺灣三大產煤層的最下面一層，因年代較老，煤質含熱高，且含硫量較金山煤田為低，故其煤質可稱冠於全臺。此外平林里的木山層煤系中，夾雜著玄武岩及酸性岩脈，汞礦呈細微之網狀分佈，是台灣唯一的汞礦山，礦脈中尚夾有黃銅礦，錳礦等。 

氣溫
　　本區月均溫以七、八月最高，六、九月次之，而最冷的三個則為十二、一、二月，平均氣溫均低於二十度以下。頗適合農業之發展。 

雨量
　　雙溪地區年雨量在三千公厘以上，以局部地區而言，西部、南部的山區因迎風的關係，雨量較多，依季節而言，春季（三至五月）秋季（九至十一月）為多雨季節， 平均月降雨日超過二十天，降水量每月平均在五百公厘左右，夏季（六至八月）可算是全年晴朗日子較多的季節，而七月是全年中最乾燥的月份，全月降雨日在三天左右，雨量平均在三公厘以下。

風
　　一般而言，影響本區最大的風，乃季風及颱風二種，本區因位於台灣東北隅，秋冬二季受東北季風的影響甚大，而伴隨東北季風而來的是氣溫下降，雨水不斷。日照時間少，影響植物生長。另外由於雙溪河朝東入海，因此颱風從台灣東北部地區登陸，本區必受強烈災害，颱風挾帶著豪雨往往使得河川暴漲，農田淹沒流失。民國九十年九月納莉颱風及九十三年十月納坦颱風來襲，就曾為雙溪帶來重大災害，其中水災更是嚴重，雙溪里、新基里及牡丹里，也成一片澤國。