Ukształtowanie powierzchni. Linia brzegowa (długość 1768 km) silnie rozwinięta w części północnej, słabo w południowej. Główne zatoki: Türkmenbasy aýlagy, Turkmeńska; w północnej części bezodpływowe słone jezioro – dawna zatoka Kara Bogaz Goł; brzegi przeważnie płaskie, piaszczyste. Najwyższy szczyt – Ajribaba (wysokość 3139 m n.p.m.) w paśmie Kugitangtau (Góry Pamirsko-Ałajskie); najgłębsza depresja Akczakaja (81 m n.p.m.); 90% powierzchni kraju leży na Nizinie Turańskiej (średnia wysokość 100-200 m n.p.m.), zajętej prawie w całości przez pustynię Kara-kum (rozciągłość z zachodu na wschód 880 km, z północy na południe 450 km); pustynie ciągną się także wzdłuż wybrzeża i na północy (fragment płaskowyżu Ustiurt); w obniżeniach liczne takyry i sołonczaki, zwłaszcza w pasie od delty Tejenu (Tedżenu) do Małego Bałchanu; na północno-zachodnim skraju pustyni Kara-kum, na wysokości poniżej 50 m n.p.m., znajduje się suche koryto Uzboj (szerokość do 3 km, dobrze zachowane na długości około 550 km), którym dawniej Amu-daria płynęła do Morza Kaspijskiego. Na południowym zachodzie (wzdłuż granicy z Iranem), na długości 600 km wznoszą się góry Köpetdag gerşi ( Kopet-dag, z najwyższym szczytem Rize, 2942 m n.p.m.); na południowym wschodzie – przedgórza Paropamisu (wyżyny Badchyz i Garabil belentligi). Obszar Turkmenistanu jest aktywny sejsmicznie; występują częste trzęsienia ziemi, katastrofalne w 1929 r., 1946 r. i ostatnie w 1948 r. całkowicie zniszczyło Aszchabad.

Klimat. Skrajnie suchy klimat kontynentalny, na północy od 40oN – umiarkowany ciepły, na południu – podzwrotnikowy; w górach Köpetdag gerşi odmiana górska. Roczna suma opadów 75-200 mm, w górach 300-400 mm; deszcze epizodyczne, nad Morzem Kaspijskim od listopada do maja, na wschodzie w marcu i kwietniu. W styczniu temperatura maksymalna od 11°C w dolinie Arteku, 5-9°C na większości obszaru, do 0°C na wschodzie; temperatura minimalna odpowiednio od 0-1°C do -8°C (skrajnie -25°C, -34°C). W lipcu temperatura maksymalna od 34°C na północy do 36-40°C na pustyni Kara-kum (wyjątkowo 50°C), minimalna od 21°C do 25°C. W Köpetdag gerşi chłodniej; w zimie pada śnieg (krótkotrwała pokrywa). W lecie nad Morzem Kaspijskim występuje cyrkulacja bryzowa. Na Kara-kum w lecie 30-35 dni (na południowym wschodzie 70 dni) z  burzami pyłowymi. Dużo dni słonecznych (do 250 w ciągu roku). Z Iranu i Afganistanu (na przedgórzach Köpetdag gerşi i Paropamis) często wieje silny i porywisty, niekiedy gorący i bardzo suchy fenowy wiatr garmsil, powodujący duży wzrost temperatury i spadek wilgotności względnej.

Wody. Wzdłuż wschodniej granicy płynie największa rzeka Azji Środkowej – Amu-daria, która w granicach Turkmenistanu ( na długości ponad 1000 km) nie przyjmuje żadnego dopływu. Amu-daria ma wysokie stany wód wiosenno-letnich (dzięki topnieniu śniegów i lodowców na Pamirze); jej średni przepływ w mieście Atamyrat (Kerki) wynosi 1900 m³/s (maksymalny 9210 m³/s, minimalny 240 ³/s); rzeka niesie ogromne ilości mułu (około 272 mln ton rocznie); w południowo-wschodniej części Turkmenistanu dolne biegi Tejenu (Tedżenu, długość 300 km) i Muragapu (Murgabu, 350 km); Atrek (długość w Turkmenistanie 140 km) okresowo uchodzi do Morza Kaspijskiego (źródła w górach Köpetdag gerşi, w Iranie). Suma rocznego odpływu wód słodkich wynosi zaledwie 2 km³ (z tego około 2% do Morza Kaspijskiego, a 86% do Jeziora Aralskiego; na południu liczne niewielkie rzeczki (Arwaz, Sekiziab, Firiuzinka, Karasu, Meana) prawie w całości wykorzystywane do nawadniania. Wody podziemne, zalegające na głębokości od 1-2 m do 300 m, są w dużym stopniu zmineralizowane; na pustyni Kara-kum jest ponad 20 tys. studni. Kanał Karakumski (długość 1100 km) biegnie od Amu-darii powyżej miasta Atamyrat na zachód w kierunku Morza Kaspijskiego; na północy przy granicy z Uzbekistanem duże Jezioro Sarykamyskie (dno leży 110 m p.p.m.); liczne sztuczne zbiorniki.