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하천의 유로는 대체로 지질구조와의 관계로 결정되는데 압록강은 창바이 산맥과 강남산맥 사이에 직선상의 유로를 따라 흐르고 있어 지질구조선의 방향과 일치한다. 전체적으로 압록강 유역은 지질구조상 고생대 이전에 형성된 퇴적암 기원의 변성암인 각종 편암과 편마암이 널리 나타나는 낭림지괴에 속한다. 이 지괴는 고생대 이래 계속 육지로 남아 있는 부분으로 지질적으로 한반도에서 가장 안정된 곳이다. 압록강은 상류의 동쪽 끝부분을 따라 나타나는 좁고 긴 현무암질 용암지역을 제외하고는 대부분 수억 년 전의 암석인 선캄브리아기의 암석 위를 흐르다가 하류 쪽에 이르러서야 충적층을 이룬다. 최근에는 압록강의 지류인 허천강과 장진강에 서식하는 어류들이 헤이룽 강의 어류들과 같다는 점에서 이 강들이 헤이룽 강의 지류인 쑹화 강과 연결되어 있다가 신생대 제4기에 백두산에서 화산폭발이 있을 때 현무암질 용암이 흐르면서 쑹화 강에서 분리되어 압록강에 연결되었다는 견해가 대두되고 있다. 압록강의 하천 양안은 대부분 깊고 협곡 같은 골짜기를 따라 흐르며 하상면과의 비고는 500~1,000m 이상인 곳도 있다. 압록강의 상류는 경사가 310~2,250m로 급해 많은 급류와 폭포, 하상면에 움푹 팬 기반암 등을 발견할 수 있다. 압록강의 중류는 경사가 150~310m로 상류보다 완만한 편이며, 상당량의 하천 운반물질을 가지고 있기 때문에 하상면은 상대적으로 높아지고 건기에는 목재를 운반하는 데 지장을 주기도 한다. 하천 하류의 경사는 150m 이하로 매우 낮으며, 퇴적물의 양도 급증해 하류 쪽에는 넓은 삼각주와 많은 하중도가 발달했다. 최근에는 하천 상류에서부터 운반되어 온 점토질의 양이 많아져 큰 배의 접근이 어려운 실정이다. 특히 용암포는 우리나라 쪽 연안 하구에 발달한 항구로 모래의 퇴적이 심한 곳이다.

압록강의 직선거리는 약 301㎞ 정도이나 상류부에서 심한 곡류를 하므로 실제 길이는 직선거리의 3.07배이다. 곡류현상은 유역별로 백두산남서계곡-중강읍이 3.24배로 심하고, 중강읍-만포시가 1.66배, 만포시-하구 1.48배를 보인다. 압록강의 규모는 혜산시에서는 하폭이 약 140m, 깊이가 1m 정도이나 중강읍에서는 하폭이 200~250m, 깊이가 1.5m 정도이다. 수풍호가 있는 신도장에서는 하폭이 약 400m이며, 하천 하구에서는 약 5,000m 정도의 하폭과 2.5m 정도의 깊이를 보인다. 압록강 유역의 우리나라 쪽 수류차수의 분기율은 3~6.6으로 주류는 6차(次)이며, 차수별 하천 수는 6차수 1개, 5차수 3개, 4차수 10개, 3차수 66개, 2차수 260개, 1차수 1,066개이다.

우리나라의 기후구분에 따르면 압록강의 상류와 중류는 개마고원형에 속하고, 하류 중 수풍까지는 북부내륙형에, 수풍-하구까지는 북부서안형 기후구에 속한다. 개마고원형에 속하는 중류와 상류 지역은 연평균기온 2~6℃로 우리나라에서 가장 낮으며, 1월평균기온 －14~－20℃, 7월평균기온 20℃ 내외로 연교차가 최고 40℃를 넘는 전형적인 대륙성기후가 나타난다. 연강수량은 600~800㎜로 우리나라에서 가장 적다. 특히 중강진은 연평균기온 5.0℃, 1월평균기온 －18℃, 7월평균기온 22℃로 우리나라에서 가장 추운 곳이며, 연강수량은 755.5㎜이다. 낭림산맥 서사면의 북부내륙형에 속하는 만포시-수풍 지역은 고도가 높고 북서계절풍의 영향으로 연평균기온 7~10℃, 1월평균기온 －8~－15℃로 북부서안형보다 다소 낮으며, 연강수량은 1,000~1,100㎜로 비교적 많은 편이다. 북부서안형에 속하는 하류지역은 연평균기온 9~11℃, 1월평균기온 －7~－10℃이며, 연강수량은 해안지방의 경우 900~1,000㎜로 소우지에 속한다.

오늘날 압록강 중·상류 유역은 상록침엽수림으로 대표되는 한대림이 널리 분포하는 산림의 보고를 이룬다. 잎갈나무·분비나무·가문비나무·황철나무·자작나무·사스래나무·피나무 등이 주요 수종을 이루며, 하류 유역에는 소나무와 참나무가 주요 수종을 이룬다. 현재 압록강과 그 지류에는 잉어·붕어·초어·누치·빙어·열목이·뱀장어·가물치·숭어·농어·은어·웅어 등 107종의 물고기들이 서식하고 있다.