火焰山主要由中生代的侏罗纪、白垩纪和第三纪的赤红色砂、砾岩和泥岩组成，山上寸草不生，基岩裸露，且常受风化沙层覆盖[1]。夏季最高气温达47.8度，地表最高温度在70度以上

吐鲁番”为维吾尔语的“最低地”。此处地处欧亚大陆腹心，深居内陆，远离海洋，周围为大面积的干旱区，夹处在东天山博格达山脉与库鲁克塔格山脉之间，形成著名的吐鲁番——哈密陷落盆地。又因气候极度干旱，流水搬运物质能力很弱，盆地中水力堆积作用甚微，而火焰山又盘亘在盆地中北部，阻拦效应使天山流水侵蚀的风化物质，难以进入盆地中心，其陷落后得不到物源补充，盆地自然越来越低洼。吐鲁番远离海洋，海洋湿润气团无力进入，西来的大西洋水汽又被天山阻隔。其地势过低，山地与盆地在短距离内高差超过5600米，气流下沉增温产生的焚风效应，使得此地干燥炎热。故素有“火洲”之称。由于山地裸露，草木无覆，戈壁沙漠面积大，日照时间长，白天增温迅速，盆地过低，热空气不易散失，形成了北纬42°线以上世界唯一的热火炉。