Obszar Borów Tucholskich ukształtowany został przez lodowiec skandynawski podczas zlodowacenia bałtyckiego. Dominującą forma na tym obszarze są piaszczyste równiny sandrowe – Wielki Sandr Brdy – tworzone dzięki działalności erozyjno – akumulacyjnej wód roztopowych. Powierzchnie sandrowe urozmaicone są przez liczne wydmy, rynny polodowcowe i wytopiska. W okolicy jeziora Charzykowskiego zlokalizowano największe skupisko wydm śródlądowych w Borach Tucholskich. Najbardziej charakterystyczną cechą równin sandrowych są rynny polodowcowe o wydłużonym kształcie i przebiegu południkowym. Największą z nich o długości 17 km zajmują jeziora Charzykowskie, Karsińskie, Długie i Witoczno, położone w otulinie PNBT. Na terenie Parku dominują ubogie gleby bielicowe, pseudobielicowe i brunatne właściwe. W poblizu jezior występują gleby murszowo-torfowe i torfowe.
Woda
Ekosystemy wodne w Parku Narodowym „Bory Tucholskie” zajmują powierzchnię 530,36 ha, co stanowi 11% jego ogólnej powierzchni. Odznaczają się one niezaprzeczalnymi walorami wód w skali całego Pojezierza Pomorskiego. Decyduje o tym między innymi unikalny charakter Strugi Siedmiu Jezior i jej zlewni oraz dobry stan zachowania tych ekosystemów. Struga Siedmiu Jezior jest największą jednostką hydrograficzną Parku Narodowego „Bory Tucholskie”. Jest to niewielka rzeka (13,9 km), która odprowadza swe wody do przepływowego Jeziora Charzykowskiego, jest więc jako dopływ Brdy ciekiem trzeciego rzędu w dorzeczu Wisły. Teren zlewni Strugi prawie w całości pokrywa się z obszarem Parku – jej powierzchnia na terenie Parku zajmuje 32,6 km2, co stanowi 85% całkowitej powierzchni zlewni. Pozostałe 15% zajmują obszary położone na terenie Nadleśnictwa Rytel (wschodni i południowy fragment zlewni).
Dominującym elementem ekosystemów wodnych są jeziora, które w liczbie 21 reprezentują wszystkie genetyczne i morfologiczne typy charakterystyczne dla terenów nizinnych Polski. Tuż obok siebie możemy tu spotkać jeziora harmoniczne, dystroficzne, lobeliowe, mezotroficzne i eutroficzne.
Flora
Na terenie Parku Narodowego „Bory Tucholskie” odnotowano 634 gatunki roślin naczyniowych (stan na 2012 r.), co stanowi około 33% całej flory Polski niżowej i około 40% flory Pomorza Zachodniego. Na terenie PNBT wyróżniono 37 zbiorowisk roślinnych. Dominują w Parku ekosystemy świeżych borów sosnowych m.in. z zimoziołem północnym w runie. Znaczne powierzchnie zajmują również bory chrobotkowe z dużym udziałem rzadkich gatunków porostów. Flora porostów liczy około 200 gatunków, z czego znaczny procent tworzą chrobotki (Cladonia), brodaczki (Usnea) i włostki (Bryoria). Niezwykle cennymi składnikami flory Parku są rośliny związane z jeziorami lobeliowymi: lobelia jeziorna, poryblin jeziorny. Piaszczyste brzegi jezior lobeliowych porasta widłak torfowy i goździsty. Na brzegach innych jezior spotkać można interesujący gatunek atlantycki – kłoć wiechowatą. Torfowiska wysokie i przejściowe są siedliskiem dla turzycy bagiennej, rosiczki okrągłolistnej, długolistnej i pośredniej, przygiełki brunatnej, czermieni błotnej i innych. Dużym urozmaiceniem są śródleśne łąki, na których odnaleźć można m.in. nasięźrzał pospolity.
Fauna
Na obszarze Parku stwierdzono występowanie 144 gatunków ptaków, w tym 108 lęgowych, m.in. żuraw, puchacz, bielik, gągoł i zimorodek. Symbolem PNBT jest głuszec – ptak, który jeszcze niedawno licznie występował w Borach Tucholskich, a szczególnie w Nadleśnictwie Klosnowo. W planach jest reintrodukcja tego kuraka na terenie Parku. Z duzych ssaków wystepują: jelenie, sarny, dziki, lisy, kuny, jenoty, wydry i borsuki. W roku 1978 na obszarze Strugi Siedmiu Jezior reintrodukowano bobra europejskiego, zwiększającego z roku na rok swoją liczebność. 25 gatunków ryb, 43 gatunki ssaków, 13 gatunków płazów i 6 gatunków gadów. Szczególną rolę w środowisku pełnią nietoperze: karlik większy, gacek brunatny, nocek duży, rudy i Natterera. W jeziorach Parku występują: sieja, sielawa, węgorz, okoń, lin, leszcz, różanka, koza, miętus. Płazy reprezentują: żaba trawna, moczarowa, ropuchy zielona i szara oraz traszki grzebieniasta i zwyczajna. Z gadów najliczniej występuje żmija zygzakowata.