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Geología  
La diversidad y complejidad topográfica es producto de un mosaico geológico, donde predominan materiales diversos desde el precámbrico hasta el cuaternario reciente, dando origen a diferentes procesos geomorfológicos: conos de deyección, terrazas, valles, planicies y coladas de barro. 

Relieve 
La entidad se caracteriza por presentar un relieve muy accidentado, donde el 69% de su superficie lo constituyen espacios montañosos y reducidos valles intramontanos; un 17% corresponde a una transición entre relieves accidentados y áreas bajas circundantes y un 14% está representado por una extensa área plana en forma de planicie de explayamiento y desbordamiento. Estos sectores presentan una serie de restricciones para su utilización; en el caso de los valles, por el carácter tectónico y fallado que determina una alta incidencia sísmica y continuos problemas de acarreo de sedimentos desde las vertientes montañosas aledañas, y en las planicies, por los problemas de mal drenaje y ocurrencia temporal de inundaciones. 
La Cordillera de Trujillo constituye la columna vertebral de las tierras trujillanas. Esta cordillera y la prolongación de la Sierra del Norte, dan origen a dos valles: el valle alto del río Motatán y el valle del río Momboy, ambos se encuentran separados por una fila que presenta alturas superiores a los 2 000 m.s.n.m. Integrando un profundo surco en dirección suroeste-noreste se desarrolla el valle del río Boconó, dominado por filas que rementan alturas superiores a los 3 000 m.s.n.m. 

Clima  
El relieve favorece la formación de una serie de climas locales, donde los vientos juegan un papel muy importante, penetrando al estado tanto por el noreste, como por el este (vientos Llaneros). El clima predominante en casi la totalidad del estado corresponde, según la clasificación de Kóeppen, a clima de sabana (Aw), con una temperatura media anual aproximada en la capital del estado de 23,5°C  y precipitaciones que alcanzan los 936 mm al año. 
Suelos A pesar de su carácter tradicionalmente agrícola, el estado Trujillo posee como rasgo resaltante, una limitada existencia de tierras apropiadas para la agricultura. En efecto, la presencia de grandes extensiones de montañas es un elemento determinante en esta limitación. Sin embargo el Plan Estadal de Ordenación expone que un 64.5% del territorio posee buenas condiciones para la implementación de una variedad de sistemas productivos agropecuarios de cierta intensidad, y que el 35.5% restante está cubierto de vegetación natural protectora. El desarrollo de una agricultura intensiva debe estar supeditado  prácticas de conservación de los recursos involucrados, de ahí que se propongan tres niveles de preservación de tierras con potencial para la actividad agrícola: máxima, mediana y baja, expresando cada una de ellas distintos grados de flexibilidad en la defensa del recurso suelo. 

Hidrografía 
En lo que respecta a la hidrografía, en el estado Trujillo existen dos grandes cuencas principales: la cuenca hidrográfica del río Motatán, que vierte sus aguas en la hoya del lago de Maracaibo, esta; constituye la cuenca de mayor superficie, y es la principal fuente de agua disponible, tanto para con sumo humano como para riego, siendo sus principales afluentes los ríos Jiménez, Castán, Momboy, Jirajara, Carache y Monaicito; y la cuenca del río Boconó, que drena sus aguas al río Orinocó, representa una superficie de 1.600 Km² y dispone de aguas superficiales para dotar de acueductos a todos los centros poblados localizados dentro de ella, quedando aún excedentes para riego y otros usos; los principales afluentes de esta cuenca son: ríos Negro y Burate, y las quebradas San Miguel y San Rafael. Otras características de la hidrografía trujillana son: disponibilidad de aguas subterráneas, localizadas fundamentalmente en la planicie aluvial; fuentes de aguas termales, alcanzando temperaturas de 50°C, entre las cuales se mencionan El Baño y Aguas Calientes; la formación de ciénagas, las cuales conforman una franja de 50 Km al oeste del estado, y por último, la constitución de pequeños espejos de agua en las tierras altas, por encima de los 3 000 m.s.n.m. 

Vegetación  
Las características físico-naturales, particularmente el relieve y el clima, influyen en la formación de la cobertura vegetal natural, la cual actúa como reguladora, tanto del régimen hídrico como de las condiciones climáticas. En aquellas áreas de mayor humedad, sobre todo en las zonas donde nacen los ríos Boconó, Negro, Saguás, Bonilla, Castán, Jirajara y Villegas, y en algunos sectores de la zona baja, predomina el bosque alto en forma muy dispersa; hacia el área lacustrina, al oeste de la entidad, predominan los manglares y numerosos cocoteros; se encuentran además, selvas macrotérmicas alísicas y vegetación de sabana en los Llanos de El Cenizo; las áreas de ciénagas se caracterizan por una vegetación arbórea de poco desarrollo; al norte del estado predominan los pastos, mientras que en las montañas se extienden los paisajes parameros y se localizan selvas nubladas por encima de los 1 700 m.s.n.m., y por debajo de dichas formaciones forestales, se suceden los bosques montanos y premontanos. Dentro de esta variedad de formaciones vegetales se encuentran importantes recursos forestales representados por especies como samán, mijao, cedro, ceiba, pardillo y otros. 

Fauna 
En algunos páramos intervenidos y sectores boscosos de las cuencas altas de los ríos Boconó, Negro, Anús y Jirajara, está la fauna silvestre con especies como: el venado caramerudo y el locho, puma, cachicamo, puercoespín y oso frontino, este último, sobre todo en el macizo de Guaramacal. En los ecosistemas de bosques húmedos y pluviales es frecuente observar: lapa, rabipelado, paloma torcaz, pava de monte y guacharaca. En las áreas intervenidas habitan rabipelados, palomas rabo blanco y tortolitas, en las zonas parameras destacan el venado matacán y el conejo paramero. 
El estado posee también un potencial pesquero, el cual se encuentra restringido a la Llamada pesca continental, que se realiza en el sector suroriental del lago de Maracaibo y en la densa red hidrográfica constituida por ríos, quebradas, y en menor proporción, lagunas. 

Recursos Minerales 
Los recursos mineros y energéticos en el estado Trujillo están representados por: caliza, sílice, mica, fosfatos, dolomita y arcilla, además de una zona de interés petrolero localizada en los municipios Miranda y Sucre, en las Llanuras aluviales de los Paují, Caño Carrillo y margen derecha del río Motatán.