Relieve:
Desde oeste a este el relieve departamental está conformado por cuatro unidades geomorfológicas:
a) La Cordillera principal, correspondiente a una formación terciaria elaborada sobre sedimentos mesozoicos. En este sector la cordillera de los Andes se presenta con alturas medias menores al resto de la provincia.
b) La Depresión de los Huarpes tiene unos trescientos Kilómetros de largo por cincuenta de ancho. Esta unidad estructural de aspecto llano, ha sido rellenado por sedimentos cuaternarios de distintos orígenes, volcánicos, eólicos, fluviales, lacustres, etc.
c) El Bloque de San Rafael se desarrolla en el área central del departamento. Es una zona baja, plana y con orientación norte - sur, sumamente erosionada y con acumulación de sedimentos en las áreas deprimidas.
d) La Llanura de la Travesía, al igual que la formación anterior, constituye una zona deprimida, plana y ocupa el sector oriental del Departamento. También erosionada por diversos ciclos climáticos. La característica general de la zona es árida con excepción del oasis cultivado.

Clima:
San Rafael, se encuentra íntegramente dentro de la zona templada argentina, caracterizadas por un gran dinamismo atmosférico. La temperatura media anual varía entre 8,1º C y 23,1 °C; nivel de precipitación anual de 343 milímetros.