中國最大海島，為東亞大陸棚邊緣上的大陸島。位於北緯21°54′～25°18′，東經120°1′～122°0′（不計周邊屬島）。地當東海、南海和太平洋之間，西臨臺灣海峽，遙對大陸閩南、粵東海岸，最近處距離僅約130～140公里。全島周長原為1139.25公里。面積3.578萬平方公里； 此外有海埔新生地38.85平方公里及屬島74.80平方公里。海岸線共長1239.58公里。島形南北狹長，北起富貴角，南至鵝鑾鼻，長約394公里（舊作385公里）。島中部東西最寬，自濁水溪口西南海岸東至秀姑巒溪口約144公里。
臺灣島佔臺灣省全省面積逾99％。全島海拔百米以下的平原低地約佔30％，餘皆為山地和丘陵所盤結。其中100～500米約24％，500～1000米約14％，1000～3000約31％，3000米以上僅約1％，但超過3000米的高山，不下百餘座，故臺灣島亦被稱為“高山島”。
全島為復背斜構造，山系東北—西南走向，地槽開始形成於古生代晚期，經第三紀中新世海水升降活動和上新世造山運動，進入島孤形成階段，地槽時代基本結束。更新世劇烈間歇性上升。第四紀冰期曾因海面下降而與大陸相連；間冰期海峽水面回升，覆成海島。現今臺灣海峽深度一般不過百米左右。自第四紀初期以來，海浸規模及沉積地層有逐次變小變薄的趨勢。臺灣海峽沉積率每千年約為15～50釐米。
臺灣復背斜的東西兩翼極不平衡。本島位處太平洋西北部島弧群的中段、琉球孤與呂宋弧交會點，其本身亦呈淺弧狀，向大陸突出。面臨太平洋一側海崖陡降，以約1:10的急坡在去岸約50公里處，海底已深達4000米以下；陸上的內側則為南北延伸的大斷層線。依板塊構造理論，本島應是位處太平洋一方的菲律賓海板塊與東北方歐亞大陸板塊縫合線（東臺縱谷帶）上。由於背斜受東來壓力為主作用，造成中央山脈地帶的上升運動和斷層激化，其間玉山地塊的形成則可能受自北而南的琉球弧運動影響。本島主要構造線和斷裂均大致呈東北—西南走向。
臺灣山地的脊樑山脈為中央山脈。自東北部蘇澳海岸附近起，最後縱貫恆春半島入海。全長約320公里。山脈東部主要為片岩，主脊及其西部為輕度變質的粘板岩（第三紀千枚巖、板岩、硬頁岩、變質砂岩等）。其西北的雪山山脈長約180公里，與西南玉山山脈相接；玉山山脈北與雪山山脈皆為粘板岩。西為阿里山脈，其北段亦稱加里山脈。再往西有丘陵、臺地、盆地相間錯。基隆海岸有大屯、基隆等火山群分佈（見大屯火山群，基隆火山群）；高雄、鳳山有大小不一的濱海平原，近代沖積層掩覆甚深，海峽東岸前緣灘塗，即為臺灣主要“海埔新生地”分佈區。中央山脈東隔臺東縱谷，有長約150公里的海岸山脈（亦稱臺東或東臺山脈）。後者為夾有大量火山碎屑岩的新第三系山地。所有東西諸脈組成臺灣山系，其間多狹長谷地，為重要斷層線所經，尤以廣2～5公里的東部大縱谷最為典型。
東部的海岸山脈最高峰新港山1682米。中央山脈高峰叢集區，北起南湖大山(3740米)，南迄北大武山（3090米），其間相去不下200公里，超過3000米和3500米以上的著名山峰簇聚，其中秀姑巒山3833米，馬博拉斯山3805米。玉山主峰海拔3997米（舊測3950米），為臺灣最高峰，亦為中國東部最高峰。在玉山峰群中，高逾3900米者尚有東峰（3940米）、北峰（3920米）、南峰（3900米）等。雪山山脈亦多超過3500米的高峰，主峰雪山海拔3884米，其北的大壩尖山3573米，峰頂岩層疊立，景色奇偉。雪山山脈及中央山脈和玉山第四紀冰川發育，有更新世後期冰蝕地形遺蹟。（見彩圖）
海岸大部分皆甚平直。北部自富貴角以東，南至三貂角，長約120公里，岩石裸露，岬角岐出，但除基隆港外，天然港灣規模狹小。東部海岸除蘇澳灣外雖岸外水深，但因斷岸逼岸，腹地多山，於建港不利。各河下游及河口沖積平原的發育規模，亦遠遜於西部。西岸大部分為濱海平原區，灘塗寬廣。海埔新生地以烏溪（大肚溪）河口至曾文溪河口一帶，增長最速。除西南部高雄海岸外，西岸砂磧綿亙，缺乏天然良港。
主要平原80％以上集中於西部。若依中央山脈全線為界，以東主要平原僅有東臺縱谷狹長地帶（包括花蓮平原和臺東平原）。其間有花蓮、秀姑巒和卑南三溪流域的沖積扇群相交錯。
北部多丘陵。惟臺北市及其附近沿淡水河至關渡一帶例外。西部則有新竹平原、海岸平原、彰化平原、臺中盆地、濁水溪大沖積扇、嘉南平原、高雄平原、屏東平原、恆春平原。以上西部濱海平原連續成帶，如以烏溪（即大肚溪）河口為起點，止於高屏溪口附近，平原面積當不下4500平方公里。
臺灣島屬亞熱帶—熱帶的過渡區，每年自10月～翌年3月為東北季風盛行期，5～9月為西南季風期，其間分別為兩者的轉變期，因受東北信風和冬季大陸冷氣團影響，東北風的作用特強。東北部與西南部氣候有顯著差異。南北平地各以臺北、恆春為代表，年均溫分別為22～23℃和24℃～25℃，年較差前者約13℃，後者約僅7℃。至於最高月均溫僅約30℃，最低月概在15℃以上。零下的絕對低溫雖偶一出現於北部平原、臺地，而霜凍之害不見於臺中以南地區。氣溫垂直變化大，山地年均溫，阿里山的2406米測站已低至為10℃左右，玉山的3850米測站更低至4～5℃。後者極端低溫可至-12℃。
降水量東北部特高，基隆歷年平均值超過3000毫米；最高可達5000毫米（如1953年5173毫米）。宜蘭亦可超過3000毫米。臺中、臺南、高雄皆逾1700毫米，屏東高於2000毫米。但西南部各地的年變率特大，與東北部常年多雨的特點適成對照。東北季風為冬半年主要雨源，年中受颱風影響亦較強，致雨機會特多，基隆被稱為“雨港”，雨日逾200天，最多可達230多天。宜蘭亦常超過200天，最多可逾220天。西南部的臺南、高雄等雨日遠少於宜蘭和基隆，且逐年變化亦大。如高雄1975年雨日為120天，1976年僅65天，1978年69天，1983年114天。1977年高雄雨量曾達2793.9毫米，1980年竟少至572.8毫米。西南部平原區全年日照雖可超過2000小時，卻因秋冬少雨，常有較嚴重旱情。
臺灣島及其近鄰海域位於太平洋颱風夏秋間頻繁出沒地帶，颱風年均不下3～4次，其中尤以橫越恆春半島和北部最多，受影響亦最大。臺灣山地多雨，年雨量達4000～5000毫米的山區，全島有5～6處之多；最高記錄為基隆東南方的火燒寮，歷年平均超過6000毫米，最大超過8400毫米，即與東北季風和颱風二者有密切關係。一次過境颱風造成最大的總雨量，可達千毫米以上，如1969年10月17～19日在宜蘭南部冬山鄉新寮地方的一次颱風雨，3天內總雨量達2749毫米， 其中18日一天內達1672毫米。
臺灣島上溪河依主源計算，長50公里以上的不過20條，其中西向入海者16條，東向入海者4條。大部分河川流路短，河床比降大，上游水勢急湍，下游流路不穩定，流量的豐枯之差甚大。長大河流有：濁水溪源出中部山地，全長僅186公里，流域面積3155平方公里;高屏溪長171公里，流域面積3257平方公里;淡水河長158.7公里，流域面積2726平方公里。此外，還有大甲溪、烏溪(大肚溪)、曾文溪以及東部的卑南溪、秀姑巒溪、花蓮溪。淡水河是臺灣唯一曾有航運之利的河道，近年因河床淤淺，水運已為陸運所代。臺灣島河流水力資源豐富，總蘊藏估計不下500多萬千瓦，其中大甲、濁水二溪各可超過百萬千瓦。至1980年，已開發利用及施工和設計中的，共不過約266萬千瓦，略多於總蓄積量之半。
臺灣島丘陵、臺地和山麓地帶多分佈紅壤。大致海拔800米以上的地區依次為黃壤、 黃棕壤、灰棕壤和灰壤，3000米以上多為石質土。由於降水多，土壤受淋溶作用強烈，土質粘重，鹽基已基本淋失，肥力不高。
天然植物自海岸地帶的紅樹林至高山寒溫帶性的森林無不具備。 南部海拔500米以下地區熱帶雨林和季風雨林兼備，北部則以亞熱帶季風常綠闊葉林為主。全島森林面積佔全島土地總面積的52％左右，其中亞熱帶和熱帶林共佔森林面積約87％，溫帶林約11％，餘為亞寒帶或寒帶林，見於3000米以上高處。臺灣島植物種屬繁多，現存高等植物180多科，4000多種，其中重要森林植物即有800多種，具有經濟價值的樹木約百餘種，紅檜、臺灣扁柏、鐵杉、冷杉、臺灣雲杉、巒大杉、臺灣杉、肖楠等尤為著名。
動物中原以水鹿分佈最廣，次為梅花鹿麂等。3500米以下山林地區均有棲息，但近三、四百年間捕獵過度，低山原野幾已絕跡，僅在1500～2500米山間尚有少量分佈。其他各種野生動物中蝶類、蛇類，本分佈甚廣，近年被大量捕捉而減少。經濟價值較高而數量有限的，如：雲豹、臺灣鯪鯉、麝香貓、帝雉、臺灣雉等，已近絕跡（如雲豹），或日見稀少。1971年臺灣已宣佈野生動物全面禁獵，並設有多處野生動物保護區，如八卦山(臺灣獼猴)、 出雲山（帝雉、藍腹雕）、八通關（水鹿、山羊）、拉拉山（臺灣熊）、大甲（鷺鷥）等，但成效不顯著。
臺灣島四面臨海，水產資源豐富，海洋漁業發達。水庫的淡水魚繁殖亦頗有發展。
礦產較重要的僅有煤、原油、天然氣、金、銅、大理石、石灰石、白雲石、 海鹽等9種。能源及金屬礦物均不富集。煤多產於基隆至新竹一帶。油氣田分佈苗栗丘陵區，產量甚微； 天然氣已知儲量僅約275億立方米。地熱已探勘的有大屯火山區和宜蘭地區等，有待開發。金屬礦物以北部瑞芳礦區的金瓜石金銅銀礦最著名，但儲量不大。大屯火山區的鋁礬土正在勘探中，同區的天然硫產量較多，金瓜石礦區亦有較重要的硫化鐵礦。但均遠不能滿足需要。石灰石、大理石、白雲石等多見於東部山地，蘊藏甚富；新竹、嘉義、高雄等地的石灰岩亦甚重要。
全島大致可分為4大區：
（1）北部區。北起大屯火山群和基隆海岸，其南界西起大安溪，東接雪山山脈，自桃山附近過思源埡口，沿中央山脈東北段止於蘇澳南方的東澳嶺。全區西、北、東三面臨海，南有大壩尖山、雪山、南湖大山等，淡水河水系流貫境內。丘陵、平地間錯，自東而西包括宜蘭平原、基隆丘陵、臺北盆地、大屯火山群、林口和桃園臺地、竹東和苗栗丘陵，及淡水河、大安溪等水系與蘭陽溪水系分界的雪山山脈。
（2）西部區。北自大安溪，東以阿里山脈為界牆，東南側以屏東平原接於中央山脈尾閭。全區以濁水溪沖積扇及嘉南平原為主體。
（3）東部區。自中央山脈西麓以東，包括大斷崖、縱谷、海岸山脈及其沿岸、南至恆春半島東側構成的地區。
（4）中部區（見臺灣省）。
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