Vườn Quốc gia Tam Đảo chiếm giữ toàn bộ hệ núi Tam Đảo, có cấu tạo hình khối đồ sộ, nằm ở phía bắc đồng bằng Bắc Bộ, chạy dài theo hướng tây-bắc – đông-nam. Cả khối núi có đặc điểm chung là đỉnh nhọn, sườn rất dốc, độ chia cắt sâu và dầy Với chiều dài khối núi gần 80km, có gần 20 đỉnh cao sàn sàn trên 1000m được nối với nhau bằng đường dông núi sắc, nhọn.
Đỉnh cao nhất là đỉnh Tam Đảo Nord (1592m) là ranh giới địa chính của ba tỉnh Vĩnh Phúc, Tuyên Quang và Thái Nguyên. Chiều ngang biến động trong khoảng 10-15km.Dựa vào độ cao, độ dốc, địa mạo có thể phân chia dãy núi Tam Đảo thành bốn kiểu địa hình chính:
- Thung lũng giữa núi và đồng bằng ven sông suối: độ cao dưới 100m, độ dốc cấp I (<7o). Phân bố dưới chân núi và ven sông suối.
- Đồi cao trung bình: Độ cao 100-400m. Độ dốc cấp II (8o – 15o) trở lên. Phân bố xung quanh chân núi và tiếp giáp với đồng bằng.
- Núi thấp: Độ cao tuyệt đối 400 – 700m. Độ dốc trên cấp III (16o – 26o). Phân bố giữa hai kiểu địa hình đồi cao và núi trung bình.
- Núi trung bình: Độ cao tuyệt đối >700m – 1592m. Độ dốc >cấp III. Phân bố ở phần trên của khối núi. Các đỉnh và đường dông đều sắc và nhọn.
Các kiểu rừng
Dựa trên các tài liệu đã xuất bản cũng như qua các đợt khảo sát, Trần Ninh (2005) đã chia thảm thực vật Tam Đảo thành các kiểu chính sau:
a. Rừng lùn trên đỉnh núi và các dông núi hẹp
b. Rừng kín thường xanh nhiệt đới ẩm, gió mùa vùng núi cao trung bình trên sườn dốc thoát nước và vùng đỉnh núi
c. Rừng kín thường xanh nhiệt đới ẩm gió mùa vùng núi cao trung bình trên đất ngập nước vùng đỉnh núi.
d. Rừng kín thường xanh hỗn giao tre trúc - cây lá rộng.
e. Rừng kín thường xanh mưa ẩm nhiệt đới
g. Rừng thưa thứ sinh phục hồi sau nương rẫy, sau khai thác
h. Rừng trồng
i. Trảng cây bụi