Le massif du Devès est un haut plateau basaltique, le plus grand du Massif central et de France. Il repose sur un socle métamorphique composé de gneiss et de schistes. Le volcanisme du Devès, essentiellement actif entre -0,6 et -3 millions d'années, est de deux types. Le premier est sous forme strombolienne, se caractérisant par des laves très fluides, avec comme témoins les nombreux cônes de scories sur le plateau, plus de 150, qui constituent une véritable ligne de partage des eaux entre la Loire et l'Allier. Les laves qui se sont écoulées successivement s'empilent et constituent une carapace basaltique, encore jeune et difficilement érodable. Lorsque le refroidissement de ces laves a été lent et régulier, la solidification a constitué des orgues basaltiques, d'aspect très géométrique et remarquable (Prades). Contrairement aux laves compactes, les cônes formés par les scories sont plus érodés et leurs cratères sont peu visibles. Le deuxième type de volcanisme est sous forme phréato-magmatique, se caractérisant par la rencontre explosive de l'eau en nappe souterraine et du magma qui remonte. Il en résulte des vastes cratères de type maar, occupés aujourd'hui par un lac (lac du Bouchet) ou des végétations humides (marais de Limagne, narces de la Sauvetat). Il est à noter que le Mont Bar est un cas unique en Europe puisque c'est le seul volcan de type strombolien a abrité une tourbière dans son cratère.
Le massif du Devès est marqué par un climat dont le caractère continental est significatif et l'influence atlantique très atténuée. Les reliefs successifs des monts du Cantal et de la Margeride offrent une position d'abri vis-à-vis des flux océaniques à l'origine de précipitations réduites (environ 850 mm/an en moyenne). Un effet de versant est perceptible entre la façade occidentale plus arrosé du Devès et son versant oriental (avec des écarts de plus de 100 mm/an en moyenne). En descendant vers le sud, la pluviosité s'accroit et le caractère cévenol du climat s'accentue. L'hiver, la neige constitue un manteau pendant plusieurs mois. La moyenne annuelle des températures est de l'ordre de 8°C avec une différence significative entre le nord du massif, plus chaud (moyenne annuelle d'environ 10°C) et le sud plus froid (moyenne annuelle d'environ 6,5°C).
Le massif du Devès se caractérise par une identité paysagère agricole, depuis plusieurs siècles, grâce à la fertilité des terres et la bonne réserve en eau, dues aux matériaux volcaniques. Les prairies temporaires et cultures dominent, avec céréales et légumineuses, notamment la lentille verte du Puy (qui bénéficie d'une AOC depuis 1996 et d'une AOP depuis 2008). Les prairies de fauche et les pâturages sont également bien représentés, principalement sur les terrains plus accidentés et en tête des vallées. Ces secteurs prairiaux peuvent être marqués par des haies constituant un bocage parfois dense mais globalement lâche à l'échelle de la région naturelle. Sur les plus hautes altitudes du plateau et notamment au niveau de l'échine centrale volcanique, les milieux forestiers ont remplacé depuis la moitié du XIXe siècle les landes de ces secteurs, suite à la politique de reboisement de l'Etat. Les essences principales sont l'Epicéa, le Sapin et secondairement le Hêtre et le Pin sylvestre. Les forêts caducifoliées sont également bien présentes dans les vallées du massif.