İl toprakları kuzeyindeki Çamlıca, Karakaya ve Kırıkkale tepelerinin ovaya indikleri meyil üzerinde bulunmaktadır. İl topraklarının denizden ortalama yüksekliği 700 m. dir. Kuzeybatı-güneydoğu yönünde uzanan Koçu Dağı 4 km genişlik ve 7 km uzunluğa sahip olup en yüksek noktası Yığlıtepe'dir (1278 m.) dir. Güney ve güneydoğuda Denek Dağ sırası Çoruhözü Vadisinin güneyinde Keskin ile İzzettin Köy arasında uzanmaktadır. En yüksek noktaları; Gavur Tepesi (1742 m.) ile Bozkaya Tepesi (1577 m.)'dir. Bölgenin en uzun, en geniş ve en yüksek kütlesini oluşturur, uzunluğu 44 km, genişliği 30 km'dir. Kuzeydoğu-güneybatı yönünde uzanan Küre Dağ'ının en yüksek yeri Küre Tepesi (1450 m.) dir.

İl sınırları içinde ovalık alanlar çok azdır. En önemli Kırıkkale Ovasıdır. Kırıkkale Ovası; kuzeyde Çamlıca ve Karakaya tepelerine, güneyde de Denek Dağı'nın batısına kadar uzanmaktadır. Kuzeydeki tepeler ovaya meyilli bir şekilde inerek birleşir. Kırıkkale yerleşimin çekirdeği bu meyilde oluşmuştur. MKE Kurumu Fabrikalarının bulunduğu alan ise, Denek Dağı'na doğru daha dik olarak yükselmektedir. Kırıkkale Ovası doğudan batıya, yani Kızılırmak' a doğru gittikçe genişler; en geniş yeri Çoruhözü Deresi'nin Kızılırmak' a yaklaştığı yerde bulunur, buranın yüksekliği 750 m civarındadır.

Kırıkkale Ovası'ndan başka, akarsular boyunca düzlükler görülürse de jeoformatik bakımdan pek önemli değildir. Bunun nedeni akarsu yatakları ile tepelerin yükselti farkının fazla oluşudur. Dağlar her yönden aşılmak suretiyle açılmış derin vadilerle ve parçalanarak yuvarlak ve bazen de sivri tepeler halinde gelmişlerdir. Bu tip tepelerin dağlara yaklaştıkça fazlalaştıkları görülmektedir.

Kırıkkale ili sınırları içerisinde, yükseklikleri 1200-1600 m arasında değişen yaylaları bulunmaktadır. Küre Dağı'ndaki Hodar, Bedesten, Kamışlı, Sarıkaya; Koçu Dağı'ndaki Koçu, Denek dağlarındaki Gümüşpınar, Pehlivanlı, Suludere, Yeşilkaya, Azgın yaylaları en önemlileridir.

Bitki Örtüsü : İlde hakim bitki topluluğu steptir. Yüksek kısımlarda tahripten kurtulmuş, Kuzeyde Koçubaba, Güneyde Denek Dağı'nda bodur meşelerinden ve kısmen de ardıçtan oluşan ormanlık alanlar mevcuttur. Yöredeki bitkilerin büyük bölümü kurakçıl ve tozcul özelliktedir. İl topraklarında; Yavşan otu, susam, karanfil, papatya, haçlıçiçek, pelin, karadiken, sığır kuyruğu, sütleğen, çağ çiçeği, keven, üzerlik otu, nane, böğürtlen, ısırgan, hatmi, meyan otu, çöven otu, kuşburnu, madımak, ebe gömeci, hardal ve kekik kendiliğinden yetişen bitkilerin başlıcalarıdır.

Yaban Hayatı: Dağlık ve ormanlık alanların il genelinde büyük alan kaplamaması, yaban hayatı olumsuz yönde etkilemektedir. Koyun, keçi, sığır ilde yetiştirilen hayvan varlığını oluşturmaktadır. Av hayvanı olarak keklik ve yaban ördeği yaygındır.

Genel Jeoloji : Yöre; Volkanik olayların oluştuğu Keskin, Hirfanlı, Kesikköprü, Kırıkkale ve Kızılırmak boyunca uzanan 'Kırşehir Masifi'nde' yer almaktadır. Kırşehir Masifi olarak adlandırılan Masifte; granit, homblengranıt, siyenit, monzonit, tonolit, ağlit, pegmatit, granodiyorit, kuvarslı diyorit, bitotit granitler mevcuttur. Bunları Kırıkkale ile Keskin arasında görmek mümkündür.

Derece Deprem Bölgesi içinde yer almaktadır. İlin büyük bölümü 2. Derece Deprem Bölgesi içinde kalmaktadır. Güneybatıda Yahşıhan, Bahşılı ve Çelebi ilçeleri 3. Derece; Karakeçili ilçesi ise 4. Derece Deprem Kuşağı içerisinde yer almaktadır.

Yeraltı Zenginlikleri : Kırıkkale ili, maden cevherleri çeşitliliği yönünden zengin ancak rezerv itibariyle fakirdir. İldeki madenler aşağıda yer almaktadır.

Kapulukaya Baraj Göleti ildeki en büyük yapay göldür. Kapulukaya Barajı'nın göl alanı 20.7 km2 dir. Enerji temini ve içme-kullanma ayrıca sanayi suyu temini amacıyla kurulan Kapulukaya Barajında göl hacmi 282 hm3 tür. Ayrıca Ahılı'da bulunan Çipi Göleti sulama amacıyla yapılmıştır. 304.000 m3 su hacmi ile 46 ha.'lık alanın sulanmasında kullanılmaktadır.

Kızılırmak: İldeki en önemli akarsu Kızılırmak'tır. Sivas'ın Zara ilçesinin doğusundaki dağlardan doğan Kızılırmak, il topraklarına güneyde Çelebi ilçesinden girer; kuzey yönünde akarak Merkez ilçede kuzeybatıya yönelir, il topraklarından çıkıp kuzeyde Çankırı-Kırıkkale il sınırını oluşturur. Kızılırmak'ın Hasandede - Hacılar arazileri üzerinde Kapulukaya Barajı kuruludur.

Delice Çayı: Kızılırmak'ın en önemli kollarından biri Delice Çayı'dır. Yozgat sınırı boyunca bir müddet aktıktan sonra Delice ilçe merkezine yaklaşır. Daha sonra tekrar bu iki ilin sınırı boyunca güneydoğudan il topraklarını terk eder. Çayın il içerisinde kalan kesimi yaklaşık 50 km. uzunluğundadır.

Çoruhözü Deresi: Kızılırmak'a doğudan karışan bir koldur. İzzettin Köyü'nün yukarı kısımlarından doğar. İzzettin-Balışeyh arasında demiryoluna paralel olarak merkez ilçeden geçer ve Kızılırmak'a karışır. Derenin güzergahı dahilinde tarım alanlarına büyük katkısı vardır. Dere üzerinde sulama amacıyla motopomplar yeralmaktadır. Uzunluğu 48 km'dir.

Okun Deresi: Elmadağ'ın güney eteklerinden akan suların meydana getirdiği Balaban ve Sarılıöz Çayları, Kılıçlar Kasabası yakınlarında birleşerek Okun Deresi'ni meydana getirirler. Yaklaşık 13 km uzunluğa sahip olan Dere, Irmak Kasabası yakınlarında Kızılırmak'a kavuşur. Bu akarsulardan başka; yaz aylarında kuruyan bazı dere ve çaylar da vardır. Ahılı Deresi, Kuruçay Deresi, Yeni Çıkan Deresi bunlardan bazılarıdır.

Kırıkkale ili ılıman iklim kuşağında yer almaktadır. Ancak bulunduğu alanın denizden uzak oluşu, günlük sıcaklık farkının bozkır olmasından dolayı değişmelere uğraması gibi nedenlerle iklim karasallaşmaktadır.

Yapılan gözlemlere göre; Uzun yıllar ortalama sıcaklık 12,5 ºC' dir. Ortalama sıcaklık açısından en sıcak ay Temmuz (24,5 ºC), en soğuk ay ise Ocak (0,6 ºC) olarak belirlenmiştir. Aynı rasat süresi içerisinde maksimum sıcaklık 41,6 ºC ve minimum sıcaklık -22,4 ºC olarak tespit edilmiştir.

Kırıkkale ili ülkenin yarı kurak bölgelerinden birinde yer almaktadır. İlimizde uzun yıllar ortalama yıllık toplam yağış miktarı 366,2 kg/m² dir. Rasat süresince günlük en çok yağış 11.06.1997 tarihinde 100,6 kg/m² olarak gerçekleştirilmiştir. En yüksek kar yüksekliği ise 05.01.2002 tarihinde 48 cm olarak ölçülmüştür.

Kırıkkale' de hakim rüzgar yönü (NE) kuzeydoğudur. En çok esen diğer rüzgarlar sırasıyla Doğu - Kuzeydoğu ve Güney - Güneybatı yönlü rüzgarlardır. En hızlı rüzgar 02.03.1988 tarihinde lodosdan 101,2 km/ saat olarak esmiştir.