Территория заповедника расположена на границе умеренного и субтропического климатических поясов и относится к влажной западной подобласти высокогорной климатической области Кавказа. Основными чертами высокогорного климата являются пониженное давление воздуха, повышенная интенсивность солнечной радиации, низкий термический режим теплого времени года и возрастание с высотой влияния свободной атмосферы. Барьер Главного Кавказского хребта (ГКХ) способствует конвергенции воздушных потоков с севера над предгорьями и северным склоном Большого Кавказа. Этим объясняются большие температурные различия северной и южной частей заповедника, особенно зимой: средние январские температуры –50 отмечаются в Предкавказье, а в Западном Закавказье +50 и более. С высоты около 2000 м ведущая роль принадлежит западному переносу воздуха, поэтому климат высокогорья более влажный и некоторыми особенностями своего режима напоминает морской. Циклоны средиземноморского фронта определяют режим и количество осадков. При среднегодовой норме 700-1200 мм наибольшая их сумма наблюдается на наветренных юго-западных склонах и в отдельные годы составляет 3000 мм и более. Снеговая линия в связи со значительной влажностью климата в западном районе на 200-500 м ниже по сравнению с восточным. На северном макросклоне она проходит на уровне 2750-3200 м, на южном — 2730-3000 м. Снежный покров держится 5 и более месяцев. Продолжительность его залегания увеличивается с высотой в среднем на 8-12 дней на 100 м подъема. С увеличением абсолютных высот происходит и возрастание толщины снежного покрова, однако неравномерно: сильные ветры переносят значительные массы снега, занося понижения рельефа, обнажая наветренные склоны и наметая на подветренных мощные снежные карнизы, которые весной образуют снежные лавины. Максимум приходится на март–май и может составлять 400-700 см, в то время как в предгорных районах северного склона толщина снежного покрова не превышает 100 см. Характерной особенностью зим являются оттепели, связанные с теплыми континентальными ветрами — фенами. В это время абсолютный максимум температуры в январе может достигать +15° на высотах 1500-2000 м. Зимой реки редко покрываются льдом, в верховьях в многоснежные зимы образуются «снежные мосты», которые сохраняются в течение всего лета.

Весной в горах происходит увеличение облачности, количество осадков уменьшается. Вертикальный градиент температур особенно возрастает во вторую половину весны, в многоснежные годы сход снега в верхнем пределе леса наблюдается лишь в июне. Более интенсивный сход снега, еще до перехода температуры воздуха через 0о, отмечается на южных склонах.

Лето в горах по сравнению с предгорьями прохладное, средняя температура июля на высоте 2000 м +140. Сильно возрастает облачность, нередки грозы, град. Наблюдается усиление радиационных факторов, развивается горно-долинная циркуляция, интенсивная конвекция по склонам гор. В связи с этим, в июне атмосфера над Западным Кавказом на 70 теплее по сравнению с равнинами Северного Кавказа. Летом наиболее заметны температурные различия между западной и восточной частями Кавказа, которые определяются воздействием сухих континентальных воздушных масс.

Осень на Западном Кавказе повсеместно теплее весны, хотя первые заморозки отмечаются уже в сентябре. В конце октября наблюдается возникновение устойчивого снежного покрова в горах.

В заповеднике множество рек – типичных горных потоков с водопадами, узкими скальными ущельями, теснинами и каньонами. Реки южного макросклона Главного Кавказского хребта (ГКХ) напрямую впадают в Чёрное море, а реки северного макросклона являются притоками различных уровней реки Кубань. Основные реки заповедника – это Мзымта (с притоками Чвижепсе, Лаура, Ачипсе, Пслух, Тихая и др.), Хоста, Шахе (с притоками Бзыч, Ажу, Бущий и др.), Белая (с притоками Чессу, Малчепа, Киша, Пшеха и др.), Малая Лаба (с притоками Ачипста, Цахвоа, Уруштен, и др. Реки северного макросклона имеют смешанное питание от ледников, снега, дождей и подземных вод. Реки южного макросклона в основном имеют снеговое и дождевое питание.

Большая скорость течения рек заповедника препятствует образованию на них льда. Характерным для рек заповедника является также резкое колебание расхода воды. Распределение годового стока рек на территории заповедника, в целом, соответствует распределению годовых сумм осадков. Немалую роль в питании рек играют подземные воды. Наибольшим потенциалом в этом плане обладают карстовые горные массивы.

В горных котловинах высокогорий заповедника спрятаны озера, их насчитывается около 240. Озерные водоемы имеют различное происхождение, возраст и размеры. Самое большое – озеро Безмолвия, или Большое Имеретинское (200 тыс. м2), расположено в истоках р. Имеретинка на высоте 2530 м в бассейне Большой Лабы. Для района Главного хребта характерны в основном каровые, или ледниковые озера. Наиболее многочисленны в заповеднике запрудные озера. Крупнейшим запрудным озером заповедника является озеро Кардывач, являющееся истоком реки Мзымты. В районах карстующихся горных пород распространены карстовые озера, образованные в результате скопления воды в карстовых полостях. К таковым относится озеро Псенодах на Лагонакском нагорье. Очень древним озером с тысячелетними донными отложениями является озеро Хуко на гребне одноименного хребта.

Характерной особенностью большинства озер заповедника является их высокогорное расположение, подо льдом они находятся от 7 до 9 месяцев, что в большей мере объясняет их относительную безжизненность — в них полностью отсутствует ихтиофауна. Из известных и красивейших озер Кавказского заповедника следует упомянуть также озера Ачипста и Верхняя Ачипста в верховье р. Ачипста, Алоус на северном склоне одноименной горы, Инпси, Грустное на хребте Уруштен, Аджара в верховье р. Цахвоа, Клумбочка на массиве Аишха.

По схеме физико-географического районирования Большого Кавказа территория Кавказского заповедника относится к высокогорному кристаллическому району осевой части Большого Кавказа, или району древнего ядра. Геологическое строение Кавказского заповедника отличает достаточная сложность и разнообразие в распределении горных пород разного возраста и состава. Горообразовательные процессы идут здесь, с перерывами, начиная с докембрия и вплоть до настоящего времени. Поднятия и опускания горных хребтов происходили в палеозое, мезозое и в кайнозое. Тектонические процессы характеризовались также разломами, интрузиями и боковыми надвигами древних пород на более молодые. В то же время это сочеталось с процессами физического и химического выветривания, разрушением горных массивов и переотложением горных пород. Разрушению в первую очередь подвергались относительно мягкие осадочные породы, которые смывались с осевой части горных хребтов, обнажая крупные, монолитные скальные массивы. Все это в итоге и сформировало то разнообразие и сложность геологической летописи территории заповедника.

Рис. 3. Геологическое строение территории Кавказского заповедника (Робинсон, 1932).

Главный хребет, в осевой части, сложен докембрийскими и нижнепалеозойскими гнейсами, кристаллическими сланцами и гранитами т.н. «чегемской свиты», возраст этих пород около 870 млн. лет. Окаймляет их сложная по составу толща зеленых сланцев хасаутской свиты, верхнего рифея. Трансгрессивно и несогласно хасаутской свите залегают метаморфизированные палеозойские породы ордовика силура, и каледонские батолитовые интрузии гранитов.

Кристаллические сланцы и гнейсы большей части зоны Главного Кавказского хребта подверглись процессам гранитизации, превратившись в инъецированные сланцы, магматиты и гранито-гнейсы, пронизанные герцинскими гранитоидными интрузиями.

Массивы Бокового хребта, в пределах заповедника, сложены преимущественно палеозойскими кристаллическими сланцами и гнейсами, прерывающими их гранитами, габбро и серпентинитами. Отмечаются выходы порфиритов, кварцитов, песчаников и конгломератов. В понижениях Бокового хребта преобладают глинистые сланцы нижней юры, при отложении которых происходили энергичные процессы континентальной денудации.

Между Главным и Боковым хребтами залегает зона южной сланцевой депрессии, сложенная юрскими глинистыми сланцами. В рельефе она представлена продольными долинами рек Закан, Умпырка, Ачипста, Алоус, Аспидная, Туровая, Гефо (фото 23), Безымянная. Участки этих долин отделены друг от друга седловинами, соединяющими Боковой хребет с северными отрогами Главного. На таких седловинах расположены Умпырский, Алоусский и Аспидный перевалы.

Передовой хребет в пределах заповедника представлен преимущественно триасовыми отложениями, несогласно залегающими на докембрийском основании, прорванными среднепалеозойскими интрузиями. Наиболее полный разрез триаса (фото 24) обнажается в бассейне реки Малая Лаба, расчленяясь здесь на три серии: Тхачскую, Сахрайскую и Ходзинскую. На территории заповедника представлена Тхачская серия, которая включает в себя Ятыргвартинскую, Ачешбокскую и серию Малого Тхача, сложенные массивными и тонкоплитчатыми известняками, аргиллитами, песчаниками и конгломератами в нижних горизонтах Ятыргвартинской свиты.

Район Лагонакского нагорья в границах заповедника представлен, в основном, осадочными породами верхнеюрского периода — известняками, доломитами и мергелями. Здесь выделяются несколько ярусов: келловей, оксфорд, кимеридж и титон. В келловее преобладают териогенные известняки, железистые песчаники с конгломератами в основании. Оксфорд, кимеридж и титон представлены органогенными пелитоморфическими известняками и доломитами — остатками барьерных рифов древнего океана. Лагонакское нагорье имеет различные формы карстового рельефа. Среди которых множество пещер, карстовых воронок, колодцев, каров и карстовых долин.

Районы распространения известняков (Лагонакское нагорье, массив Трю-Ятыргварта, Хостинская тисо-самшитовая роща) представляют собой карстовые ландшафты с колодцами (фото 25), провалами (фото 26), воронками (фото 27), подземными реками, гротами, пещерами. В частности, на Лагонакском нагорье известно свыше 130 пещер и шахт, многие из которых уникальны для России.

Тектоническое строение территории заповедника характеризуется большой сложностью. По последним данным, система хребтов и поднятий Большого Кавказа, а равно и территория Кавказского заповедника, возникла в результате сложного взаимодействия Аравийской и Восточно-европейской тектонических плит на месте древнего океана Тетис, простиравшегося некогда через современную северо-западную часть Африки, юго-западную Европу, Кавказ, Иран, Афганистан и Гималаи. Начиная с палеозоя, на дне этого океана происходили подводные извержения, и внедрения мантийных масс в толщу земной коры, что в конечном итоге приводило к возникновению более или менее значительных горных массивов поднимавшихся над уровнем моря. Острова разрушались и поднимались вновь, вдоль геосинклинальных прогибов морского дна скапливались сносимые с суши песчано-глинистые осадки, на дне моря откладывались известняки. На рубеже палеогена и неогена, в результате продолжавшегося колебательного поднятия дна моря возник большой остров, там, где сейчас располагается центральная часть Большого Кавказа.

В конце неогена — начале четвертичного периода, в результате активного воздействия Аравийской плиты на Восточно-европейскую, начались мощные горообразовательные процессы, благодаря которым накопленные в геосинклинальных прогибах осадки были сжаты в сложную систему складок. Последовавшие за тем вздымания складок привели к сбросам, разломам и надвигам, сформировавшим, в конечном итоге, основу современного рельефа Кавказского хребта, и заповедника, в частности.