太魯閣的特殊地形，是受原始二疊紀的石灰岩，受後期的造山運動及伴隨造山運動的變質作用，使石灰岩轉變為大理岩。經過多次的構造運動與變質作用，大理岩及其他岩石皆形成複雜的褶皺，由於褶皺與斷層而使此區大理岩重複出現。由於菲律賓海板塊與歐亞大陸板塊之間持續進行的碰撞使得太魯閣峽谷不斷地隆起，加上立霧溪不斷地下切侵蝕，配合大理岩岩性緻密不易崩落，使得在立霧溪流經大理岩區形成陡峭狹窄幾近垂直的U型峽谷。
太魯閣峽谷
太魯閣國家公園在海拔高度上變化很大，自海拔50公尺不到的高度向北至南湖大山的3,742公尺。同時由平地歷經闊葉林、針闊葉混生林、高山草原一直到近乎苔原的南湖圈谷，氣候、地形和植物分布都相當複雜。由於生態環境的歧異甚大且人為破壞少，各地原始森林或原生植被尚能維持原有風貌，棲息在其中的動物種類以及數量都相當豐富。
區域內的高山雖基盤相連，山頭卻各自獨立聳入雲霄，就生物學的意義而言，代表許多具有生殖隔離作用的高山島嶼，各個生物小島富有不同的環境因子，操縱演化的天擇壓力，促進種化的作用，逐次篩選初期獨特的物種與生物相。
動物據調查資料顯示，太魯閣國家公園內至少有哺乳類34種（特有種占6種）、鳥類144種，包含臺灣地區所有的14種特有種鳥類、兩棲類15種（特有種占3種）、爬蟲類32種、溪流魚類18種、蝴蝶251種、貝類18種、淡水蝦13種、蟹類6種（其中臺灣絨螯蟹，俗稱青毛蟹為臺灣東部特有種類）。從千百年前便生息於此的山椒魚屬有尾兩生類，是生存於2,000公尺以上山區的冰河時期孑遺生物，而停在石頭上作日光浴的雪山草蜥是此處最有名的特有種，也是海拔分布最高的蜥蜴。
另外，臺灣黃鼠狼、臺灣森鼠和高山白腹鼠也是臺灣特有種，其中高山白腹鼠為大型鼠類，腹部為乳白色，是一種漂亮的鼠類。由低矮的草原進入不見天日的箭竹林，慢慢嗅到森林的氣息，臺灣特有種的臺灣獼猴常成群地跳躍於林木之間。在森林底層，除哺乳動物之外，有3種雉雞出現的紀錄，帝雉、藍腹鷴、環頸雉，其中帝雉和藍腹鷴為臺灣特有種。此區因為植被保存良好，森林腹地中有85%為天然林，構成野生動物絕佳的生存環境。
植物根據初步調查顯示，太魯閣國家公園內有1,224種分屬154科的維管束植物，其中有132種是瀕臨絕種的植物。由於海拔分布高度自海平面到3,742公尺高山，因此造成複雜的氣候帶，許多臺灣的植被類型都可在此找到。
高山寒原生態系：分布於3,500百公尺以上之高山，區內岩石裸露，風化劇烈，岩層上無土壤堆積，加上氣溫極低，每年約有四個月之冰雪期，受風強勁，除有玉山圓柏、玉山當歸、高山杜鵑等高山常見植物外，南湖圈谷各地區更有40種稀有植物，尤以南湖柳葉菜艷冠群芳。
針葉林生態系：本系終年常見雲霧，十分濕潤，有霧林之稱。分佈高度由2,000公尺至3,500公尺之間。主要樹種以冷杉、臺灣鐵杉、二葉松為主，林木枝椏間有松蘿、桑寄生、地衣等植物著生，是潮濕地區的標誌。
針闊葉混生林生態區：分布於園區1,000至2,000公尺以上之高山，主要岩石為片岩及大理岩，林木種類繁多，主要針葉樹種有紅檜、扁柏、臺灣杉、巒大杉、華山松等；闊葉樹種有森氏櫟、三斗石櫟、豬腳楠、玉山灰木及冰河孑遺之昆欄樹等，是臺灣野生動物重要棲息場所之一。
闊葉林生態系：本系夏季多雨，分布在海拔1,500公尺以下。常見種類有青剛櫟、大葉楠、稜果榕等；林下則有小葉白筆、檯木屬、灰木屬、臺灣八角金盤等；而地被植物則以臺灣鱗毛蕨、蘆山石葦、生根卷柏最為常見。除以生態系孕育豐富植物社會及演替外，太魯閣峽谷地區更有生命力旺盛之岩生植物，如太魯閣櫟、臺灣蘆竹等。
比較太魯閣國家公園與已列名的世界遺產名錄中的美國大峽谷國家公園，大峽谷國家公園深達1,500公尺的大峽谷是被科羅拉多河切割成的，擁有從海平面到2,500公尺高度變化的雄偉壯麗景觀，此一特殊地質景觀造就了氣候與棲息地的多樣性，包括從高山到沙漠的地形，及相當豐富的動植物資源。
太魯閣國家公園則是由於受到地殼板塊擠壓運動的與抬升隆起作用，地形似乎更加豐富，除了雄偉的峽谷外，還有超過一百條的溪流瀑布，因為公園內的高度分布是由海平面到3,742公尺的高山，氣候與地形的變化，造就了豐富的動、植物資源與和諧動人心弦的高山、斷崖、溪流與瀑布等天然美景。
太魯閣峽谷與美國大峽谷最大的不同，在於其U字型大理岩峽谷受到地殼隆升與立霧溪切割及風化作用，狹窄陡峭深度超過1,000公尺、幾近垂直，只要地殼不斷上升、溪流不斷下切，此一世界最大的大理岩峽谷兩岸峭壁就會繼續增高，河谷會更加深邃。