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O relevo piauiense abrange planícies litorâneas e aluvionares, nas faixas das margens do rio Parnaíba e de seus afluentes, que permeiam a parte central e norte do estado. Ao longo das fronteiras com o Ceará, Pernambuco e Bahia, nas chapadas de Ibiapaba e do Araripe, a leste e da Tabatinga e Mangabeira, ao sul, encontram-se as maiores altitudes da região, situadas em torno de 900m de altitude.
Enquanto os estados do Nordeste oriental contam com apenas um rio perene, o rio São Francisco, com aproximadamente 1 800 quilômetros dentro de seus territórios, o Piauí conta com o rio Parnaíba e com alguns de seus afluentes, entre eles o Uruçuí Preto e o Gurgueia, que, somando-se seus cursos permanentes, ultrapassam 2 600 km de extensão. O estado conta ainda com lagoas de notável expressão, tais como a de Parnaguá, a Buriti e a Cajueiro, que vêm sendo aproveitadas em projetos de irrigação e abastecimento de água na região.
Os rios sofrem intenso processo de assoreamento, sempre crescente, em decorrência do desmatamento acentuado que ocorre no estado, principalmente nas nascentes e nas margens dos rios. O estado encontra-se com 82,5% de seu território dentro do polígono das secas, segundo dados da Organização das Nações Unidas para Agricultura e Alimentação (FAO).
Predominam quatro classes vegetacionais: caatinga, cerrado, mata de cocais e floresta.
Caatinga: tem sua ocorrência em ambientes de clima tropical semiárido. Os vegetais da caatinga apresentam adaptações a esse ambiente. Têm folhas grossas e pequenas, muitas delas com forma de espinhos, que perdem pouca água pela transpiração. Registrada em todo o estado, principalmente no sul e sudeste; é composta por cactos, arbustos e árvores de pequeno porte.
Cerrado: estende-se nas porções sudoeste e norte do estado; apresenta os característicos arbustos e árvores retorcidas e algumas gramíneas cobrindo o solo.
Floresta: encontrada ao longo do Vale do Parnaíba; é composta por palmeiras, principalmente espécies como carnaúba, babaçu e buriti. Essas espécies também podem ser encontradas no cerrado e na mata de cocais.
Mata de cocais: vegetação predominante entre a Amazônia e a caatinga, nos estados do Maranhão, Piauí e norte do Tocantins. No Piauí, predominam as palmeiras babaçu e carnaúba, além do buriti.
Duas tipologias climáticas ocorrem no estado. A primeira, classificada por Köppen como tropical quente e úmido (Aw); domina a maior parte do território variando entre 25 e 27 °C.
O segundo tipo de clima predomina na porção sudeste do estado, sendo classificado como semiárido quente (Bsh). As chuvas ocorrem durante o verão, distribuindo-se irregularmente. A estação seca é prolongada (oito meses mais ou menos) sendo mais drástica no centro da Serra da Ibiapaba. As temperaturas giram na casa dos 24 a 40 °C, tendo seus invernos secos.
