生代的燕山运动使太行山新华夏式褶皱带逐渐形成并发育太行山前深大断裂带。
发生在新生代的喜马拉雅运动使太行山强烈隆升，而山前的华北平原则相对下沉，经过数百万年的千古锤炼，太行山终于产生。
山地受拒马河、滹沱河、漳河、沁河等切割，多横谷，当地称为“陉”，古有“太行八陉”之称，为东西交通重要孔道。太行山东翼断陷盆地中分布有井陉、临城、峰峰、六河沟等著名煤矿。太行山为重要地理分界，山以西为黄土高原，以东为黄淮海平原。山地对夏季风有明显阻滞作用，迎风坡降水较多，并形成暴雨区。山地东侧为地震强烈活动带。
太行山脉的的地质基底是复式单斜褶皱。东侧为断层构造，相对高差达1500~2000米，山前发育典型的洪积扇以及冲洪积平原。从北向南有小五台山（海拔2882米）、太白山、白石山、狼牙山、南坨山、阳曲山、王屋山等山峰。山西高原东部河流多切过太行山进入河北平原，汇入海河水系。只有西南部的沁河水系向南汇入黄河。
太行山是中国东部的一条重要地理界线。东部的华北平原是落叶阔叶林地带，西侧的黄土高原是森林草原地带和干草原地带，两侧的植被、土壤垂直带特征也存在明显差异。
太行山脉多东西向横谷，自古就是交通要道，商旅通衢。古时有著名的“太行八陉”。
太行山北高南低，大部分海拔在1200米以上。2000米以上的高峰有河北的小五台山、灵山、东灵山、白石山，山西的太白魏山、南索山、阳曲山等。北端最高峰为小五台山，海拔高2882米；南端高峰为陵川的佛子山、板山，海拔分别为1745米、1791米。
太行山山势东陡西缓，山西高原东部河流多切过太行山进入河北平原，汇入海河水系。只有西南部的沁河水系向南汇入黄河。
太行山脉西翼连接山西高原，东翼由中山、低山、丘陵过渡到平原。山中多雄关，著名的有位于河北的紫荆关，山西的娘子关、虹梯关、壶关、天井关等。
太行山是黄土高原和华北平原的天然分界线。北宋时代杰出的科学家沈括看到太行山的山崖之间“怯怯御螺贝壳及石子如鸟卵者，横亘石壁如带”，经过研究指出：“此乃昔日之海滨，今东距海已近千里。”现代地质研究证实了他的论断。太行山崖间的螺蚌壳，显系古生代地层中的腕足动物或软体动物化石。从气候上看，太行山属暖温带半湿润大陆性季风气候，全年冬无严寒，夏无酷暑，雨热同季，虽四季分明，但冬长夏短。
太行山年平均气温在10c左右，气候条件与承德相近。1月份最冷，平均气温为-5c，平均最低气温在-10c左右；7月份最热，平均气温为23c，平均最高气温在28c上下，偶尔会出现高温天，但概率可以说是相当低。
在这里四季分明，但明显的冬长夏短，冬季长达半年，夏季两个月不到。年日照时数将近2500小时，平均每个月的日照时数在200小时左右。太行山年降水量在534毫米左右，7月降水最多，为132。3毫米，12月最少，为4。4毫米。从多年的气象资料统计的结果来看，平均每年7月，雨日大概在一周左右，可见这个时候雨下得还是比较大的。
7月是太行山气温最高、降雨最多的一个月，同时也是雷暴天气最多的一个月，所以选择7月去大峡谷时机并不算好，相对来说5-6月以及8-9月应该是最佳旅游时间，这段时间气温比较适宜，山上的风景应该很漂亮，不过5月和8月的雨水稍多些，但通常不会下得很大，雨后的空气一定会更清新，而且雨后易出雾，景色还会更美。而4月，10月温度稍低了些，最低气温只有5、6c的样子，有点冷，选择这个时间段来旅游，一定要带足衣服
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