อุทยานแห่งชาติธารโบกขรณี มีลักษณะภูมิประเทศเป็นเทือกเขาที่ทอดตัวไปทางแนว เหนือ-ใต้ สลับกันไปแบบลูกคลื่น ที่สลับซับซ้อนและมีความลาดชันที่แตกต่างกันมาก พื้นที่ราบเรียบมีน้อย ส่วนมากจะพบบริเวณไหล่เขาและหุบเขา ส่วนภูเขาหินปูนจะปกคลุมไปด้วยป่าไม้ ป่าดงดิบนานาพันธุ์ นอกนั้นจะเป็นป่าชายเลน ธารน้ำตก ทะเล และหาดทราย นอกจากนี้ยังมีเกาะภูเขาหินปูน เกาะเล็กเกาะน้อยอีกจำนวน 27 เกาะ มีแหล่งท่องเที่ยวมากมายเช่น ธารโบกขรณี ถ้ำลอดเหนือและถ้ำลอดใต้ ถ้ำเพชร หมู่เกาะห้อง เป็นต้น
อุทยานแห่งชาติธารโบกขรณี บางส่วนมีสภาพพื้นที่เป็นเขาสูงชันที่ทอดตัวในแนวเหนือ-ใต้ พื้นที่บางส่วนมีลักษณะแบบคาร์ส (Karst Topography) มีบ่อหรือพื้นยุบตัวของหินเบื้องล่าง (sink hole) มีลักษณะของธารน้ำใต้ดิน สภาพพื้นที่เป็นแบบลูกคลื่น ทั้งลอนลาดและลอนชัน มีเขาโดดเตี้ย (monadnock) ของหินปูน ซึ่งมีลักษณะเป็นหน้าผาสูงชันกระจายอยู่ทั่วไป ประกอบด้วย ถ้ำสระยวนทอง ควนสอง เขาลูกบ้า ถ้ำทะลุฟ้า เขาลอดใต้ เขาช่องลม เขานอก เขาตากรด เขาอ่าวน้ำ เขาอ่าวม่วง เขาใสโต๊ะดำ เขาใหญ่ปากช่องลาด และพื้นที่บางส่วนเป็นหมู่เกาะในทะเลอันดามันประกอบด้วย เกาะเหลาบิเละ (เกาะห้อง) เกาะเหลากา เกาะเหลาเหรียม เกาะปากกะ เกาะเหลาลาดิง เกาะยะลาฮูดัง เกาะเหลาบุโล๊ะ (เกาะผักเบี้ย) เกาะกามิด เกาะปาหุเสีย เกาะฮันตู เกาะจาบัง เกาะเมย เกาะกาโรส เกาะแตก เกาะมีไลย เกาะอ่าวช้างตาย เกาะเลาดัว เกาะรงมารง (เกาะขลุ่ย) เกาะแหลมค้างคาว เกาะแหลมทะลุ เกาะแหลมตุโดด เกาะช่องลาดใต้ และเกาะฮาม