Hluboké údolí Labe rozděluje České středohoří na dva geomorfologické podcelky: Verneřické středohoří (IIIB-5A) na pravém břehu Labe a Milešovské středohoří (IIIB-5B) na levém břehu Labe. Tyto podcelky se dále člení do celkem osmi okrsků:[1]
Rozlohou 1266 km², délkou přes 70 km a šířkou až 25 km patří České středohoří k menším orografickým celkům. Přesto je však nejmohutnějším projevem sopečné činnosti v Česku. České středohoří totiž vzniklo sopečnou činností. Podél řeky Ohře existoval Ohárecký rift, kterým se žhavé magma dostalo na povrch. V oblasti převažují čedičovéhorniny (73,6%), zbytek tvoří trachytické a v malé míře andezitické horniny. Územím prochází Litoměřický hlubinný zlom, který z geologického hlediska tvoří hranici mezi krušnohorskou a středočeskou oblastí. Pod povrchem se hromadilo magma v žilách a tvořily se tzv. lakolity, což byly podpovrchové balvany z utuhlého magmatu. V mladších třetihorách, v miocénu (asi před 23 miliony let) se začaly vyzdvihovat z pískovcového podloží sopečné kužely. V pliocénu (před 4,8 miliony let) vulkanity místy prorážely Českou křídovou pánev (Trosky, Kunětická hora). Vodní toky obnažily ztuhlé podpovrchové magma a prohlubovaly údolí, což dalo Českému středohoří majestátní krajinný ráz. Jedním takovým údolím je Porta Bohemica, kterou vymodelovala řeka Labe. Z výlevných hornin tu převažují čediče a znělce, z usazenin pískovce a opuky.
Jihozápad Českého středohoří patří k nejteplejším a nejsušším místům republiky.
Severozápad středohoří byl v zájmu těžby hnědého uhlí vyňat z původně navrhované chráněné krajinné oblasti a krajina je zde silně negativně ovlivňována těžbou uhlí a souvisejícím průmyslem. V srdci pohoří je řada vrchů zasažena velkolomy (Kubačka, Deblík, Trabice, Mariánská skála) a mnoha dalšími lomy různého rozsahu.
K významným vrchům kromě nejvyšší hory Milešovky (837 m) patří Hradišťany (753 m), Kletečná (706 m) a Lovoš (573 m). Ve východní části, oddělené Labem, jsou kopce poněkud nižší – nejvyšší z nich je Sedlo (727 m).
Osu středohoří tvoří úrodné údolí Labe. Dalším větším tokem je Ploučnice. Centrální části obou podcelků jsou odvodňovány drobnými toky směřujícími k Labi, Ploučnici a Bílině. Na labských přítocích v okolí Ústí nad Labem jsou zpětnou erozí vytvořeny vysoké vodopády (Moravanský, Vaňovský, ve Vlčí rokli, u Budova, v údolí Peklo u Týniště). Nejvyšší z nich má 12 m.
České středohoří má, díky své přirozené uzavřené poloze ze severu a otevřené z jihu, příznivé podmínky pro výskyt náročnějších druhů rostlin a živočichů, běžně žijících v teplých krajích. Roste zde například lilie zlatohlavá.
Pro České středohoří je specifická venkovská sídelní struktura, daná hustou sítí malých obcí, osad a drobných sídel. Početné jsou památky lidové architektury, prolíná se tu několik regionálních typů lidových staveb (objekty zděné, roubené, hrázděné). O bohaté historii svědčí i několik předslovanských a slovanských hradišť, řada středověkých hradů na vrcholech kopců, tvrzí, zámků a dalších šlechtických sídel.
