Neuquén presenta dos ambientes orográficos: la cordillera de los Andes y el Neuquén Extrandino.

Recorre todo el oeste de la provincia y va disminuyendo en altitud de norte a sur. Es un plegamiento de la era terciada, razón por la cual forma parte del sistema montañoso más joven del planeta. se divide en dos secciones: Andes de Transición se extienden desde Pino Hachado hacia el norte de la provincia, con alturas que alcanzan hasta los 3.000 metros. La excepción es el volcán Domuyo, que con 4.709 m es el cerro más elevado de la provincia. Andes Patagónicos sección cordillerana al sur de Pino Hachado, que configura un paisaje diferente. Las montanas presentan aristas más agudas, y la menor altura de los cerros y pasos favorece la penetración de humedad del Pacífico, motivo por el cual las cumbres se encuentran siempre nevadas. Hay gran cantidad de ríos y lagos, bosques y praderas cordilleranas. se destacan el volcán Lanín, con 3.776 M, y el cerro Chapelco, de 2.394 metros.

Sistema Patagónides. Se ubica entre la cordillera y la meseta patagónica. son sierras aisladas de origen más antiguo que los Andes, de aspecto redondeado, separadas por depresiones ocupadas por lagunas y cañadones. El sistema se inicia a la altura de Chos Malal y se destaca el cordón de Vaca Muerta y la Sierra de Catán Lil.
Mesetas o terrazas patagónicas Este sistema conforma un basamento de antiguas rocas cristalinas, duras y resistentes. se denomina Escudo Patagónico . Desciende desde la cordillera hacia el mar en forma de terrazas escalonadas. En la lengua regional, a estas mesetas se las llama bardas. Están cubiertas de sedimentos marinos y continentales del mesozoico y terciario, y una gran capa de cantos rodados, conocidos como tehuelches o patagónicos. Existen, además, mantos de erupciones volcánicas. En esta zona han quedado depositados los restos de bosques de araucarias petrificadas y restos de dinosaurios y otros animales prehistóricos. La altura de estas terrazas oscila entre los 700 metros en la precordillera y los 264,5 metros en el punto de unión de los ríos Neuquén y Limay. En el Neuquén Extrandino, los picos de mayor elevación, ordenados de norte a sur, son el volcán Tromen, de 3.979 metros, y los picos Chenque Mallín y Buta Mallín, ambos de 3.024 metros, aproximadamente. En el departamento de Añelo se encuentra la sierra de Auca Mahuida, con 2.175 metros; y en medio de la meseta, emergiendo en forma de cono, los Chihuidos, cerros aislados de 1.500 metros.
En la región de mesetas o terrazas patagónicas se han descubierto los restos de dinosaurios carnívoros y herbívoros más grandes del mundo: el Gigantosaurus Carofini, el Adessaurus Delgado y el Rebachisaurus Tesonei.

Hidrografía

Cuenca Atlántica

La cuenca atlántica es la más desarrollada. Los ríos de mayor importancia son el Colorado, el Neuquén y el Limay. Estos dos últimos, al confluir, forman el río Negro.
El río Colorado, que marca el límite con Mendoza, nace de la unión de los ríos Grande y Barrancas. Recorre unos 200 kilómetros, dentro del territorio neuquino, y atraviesa la zona semiárida del departamento de Pehuenches.
El río Neuquén, junto con su afluente, el río Agrio, recoge las aguas del norte y centro cordilleranos. El caudal del Neuquén es contenido por la represa de Cerros Colorados, que integra el complejo Chocón-Cerros Colorados (el Chocón sobre el Limay y Cerros Colorados sobre el Neuquén).
El río Limay determina el límite sur de la provincia. sus afluentes principales son el Traful, el Picún Leufú y el Collón Curá. Nace en el lago Nahuel Húapi, alimentado por las aguas que bajan de las numerosas montañas nevadas próximas y las de varios lagos menores: Espejo, Correntoso, Gallardo, Frías, Gutiérrez. El Limay es el río más caudaloso de la provincia; sus aguas son contenidas por varias represas productoras de energía eléctrica. son ellas la de Alicurá, Piedra del Águila, Pichi Picún Leufú y El Chocón, que da origen al embalse Ezequiel Ramos Mexía. A raíz de que El Chocón produce fluctuaciones en los caudales de descarga, se construyó una presa reguladora de caudales, o compensadora, a 30 kilómetros, en el lugar denominado Arroyito.

Cuenca del Pacifico

La cuenca del Pacifico tiene escaso desarrollo. comprende algunos arroyos que desaguan en el lago Lácar. Este, a su vez, lo hace en el lago Nonthué, cuyas aguas cruzan la cordillera por depresiones transversales, y por medio de lagos y ríos llegan hasta el océano Pacífico.

Cuenca Interior

La cuenca interior se encuentra en la zona desértica de mesetas. La más importante es la del Bajo del Añelo, en la que algunos arroyos de tipo esporádico llevan las aguas provenientes de las lluvias o nevadas, principalmente de los Chihuidos o de las sierras de Auca Mahuida.

Lagos

Los lagos son característicos de los Andes patagónicos. El de mayor importancia es el Nahuel Huapi, compartido con la provincia de Río Negro. Tiene una superficie de 557 kilómetros cuadrados, de los cuales las tres cuartas partes corresponden a la provincia de Neuquén. otros lagos son: Aluminé, Moquehué, Ñorquinco, Quillén, Tromen, Huechulafquén, Carhué, Lolog, Lácar, Hermoso, Meliquina, . Falkner, Espejo, Traful y otros menores. En los Andes de transición, al norte de la provincia, la presencia de los lagos es de escasa importancia. En esa zona se encuentran las lagunas de Varvarco Campos, Varvarco Tapia, Caviahue, Trolope y Las Mellizas.