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Geologia  
El estado Nueva Esparta es una continuación del Sistema Montañoso del Caribe, separado de la costa continental por la Depresión de Cariaco, geológicamente caracterizado por eventos sucesivos de vulcanismo, sedimentación, emersión, deposición y levantamiento. La litología está representada por las formaciones ígneo-metamórficas de la era mesozoica que constituyen el basamento de los conjuntos montañosos y parte de los relieves colinosos, especialmente de las estribaciones de los paisajes montañosos, macizos de María Guevara y de Orinoco. Las formaciones sedimentarias terciarias constituyen el basamento de las colinas de la zona de Pampatar, la mayor parte del plano costero así como algunas áreas de la Península de Macanao; y por último, las formaciones cuaternarias del pleistoceno y holoceno, al cual pertenecen las terrazas marinas más bajas, constituidas por aluviones, terrazas litorales y aluviales, areniscas calcáreas, además de depósitos lagunares. 

Relieve 
El relieve está conformado, en su mayoría, por dos grandes bloques dispuestos en sentido general este-oeste, unidos por un estrecho istmo de muy poca elevación denominado Istmo de La Restinga. El sector occidental, llamado península de Macanao, se caracteriza por presentar un macizo alargado en sentido este-oeste desde el cerro Macanao hasta el cerro Guarataro; mientras que el sector oriental presenta en la parte centro-norte tres macizos montañosos alineados en sentido sureste-noreste; tiene como rasgos topográficos resaltantes los cerros Copey, La Guardia, Matasiete y Guayamurí. El sur del macizo oriental presenta una topografía de bajo relieve con excepción de las elevaciones moderadas ubicadas al norte de Punta Carnero y en las Tetas de María Guevara, al noreste de Punta de Piedras. 

Clima 
A pesar de estar situado en el área de convergencia intertropical y de estar expuesto a los vientos alisios, el estado Nueva Esparta tiene, según la clasificación climática de Kóeppen, un clima de estepa (Bs), al igual que gran parte del litoral septentrional del país. El régimen estacional de las lluvias es bimodal, con dos períodos lluviosos y dos secos, oscilando la pluviosidad media anual entre 300 y 900 mm. La distribución de los períodos lluviosos permite diferenciar dos áreas: el macizo montañoso oriental, donde la estación lluviosa principal corresponde al trimestre noviembre-diciembre-enero, siendo diciembre el mes que presenta mayores precipitaciones. En el resto de la isla, la estación lluviosa principal corresponde al período junio-agosto, este último es el mes de máxima precipitación. La temperatura media anual se caracteriza por la presencia de dos máximos (mayo y septiembre) y dos mínimos (enero y diciembre), con una temperatura media anual que oscila entre 27° y 28°C. 

Suelos 
Las características físico-naturales, particularmente el relieve y el clima, han producido una mezcla de zonas de vida que van desde la maleza desértica tropical, en las zonas bajas y secas, pasando El Cerro por un amplio rango de pisos altitudinales con predominio del monte espinoso y el bosque seco tropical el Cerro Copey. La zona de mayor precipitación de la isla, corresponde al bosque húmedo premontano. En las zonas pantanosas y salinas crecen los bosques de manglares. 

Hidrografía 
Los ríos de la entidad tienen un régimen de escurrimiento bastante irregular, presentándose secos la mayor parte del año y torrenciales por cortos períodos, típicos de zonas de baja pero intensa y concentrada precipitación anual. Las pocas lluvias hacen que los recursos hídricos superficiales y subterráneos sean escasos, porque a pesar de existir condiciones geológicas propicias para su almacenamiento, la recarga no es significativa; esto hace que el abastecimiento de agua con fines urbanos dependa casi totalmente de tierra firme. 

Vegetación 
Con excepción de algunas áreas muy reducidas cubiertas por un bosque denso alto que no son aprovechables por tener una función esencialmente protectora, la vegetación carece de valor comercial. Este rango de ecosistemas en una unidad regional tan pequeña, es una característica muy particular del estado, que además de darle alto valor escénico, lo hace propicio para la educación ambiental. 
En Nueva Esparta las tierras con alto potencial agrícola son muy escasas, puede decirse que no llegan al 4% de la superficie del estado, y su aprovechamiento se restringe aún más por el déficit en el balance hídrico, que limita la agricultura de secano a zonas muy reducidas, ubicadas en estrechos valles con presencia de microclimas favorables. Sin embargo, el reciclaje de las aguas servidas ha permitido darle un uso agrícola intensivo a los valles de Atamo y San Juan Bautista, con mediana intensidad al noreste del municipio Arismendi y los valles del municipio Gómez, específicamente en el sector comprendido entre Santa Ana y Pedrogonzález. 

Fauna 
A la diversidad de zonas de vida le corresponde una fauna silvestre, representada por el conjunto de animales salvajes que habitan en completa libertad en las diversas áreas del estado. Existen treinta y cuatro especies de mamíferos, entre los cuales destacan: cunaguaro, mapurite, comadrejita, venado caramerudo, conejo sabanero, cachicamo, ardilla y mono. Ciento cincuenta y ocho especies de aves, de las cuales la más abundante es la perdiz, mientras que las de menor presencia son la soisola patas rojas, cotorra margariteña y ñángaro. Entre los reptiles destacan la iguana y el morrocoy montañero. Los ofidios más representativos son la cascabel, mapanare de monte y tragavenado. De los anfibios sólo se han reportado cinco especies, siendo el sapo el más relevante. 
El estado Nueva Esparta, por su condición de archipiélago, cuenta con una gran variedad de especies marinas agrupadas en diversas categorías y clasificadas según su relación con el medio marino, hábitos alimenticios, reproductivos y cercanía a la costa. Las principales especies son: sardina, jurel, carite, anchoa, lisa, pargo, mero, cazón, langosta, cangrejo, ostra, guacuco, chipichipi, mejillón, pulpo y calamar. 

Recursos Minerales 
Con respecto a los recursos energéticos, las islas que conforman la entidad no disponen de hidrocarburos ni de potencial hidroeléctrico. Los recursos minerales terrestres se limitan a la existencia de minerales no metálicos como grava, arena, caliza y piedra, utilizados en la industria de la construcción.