Почвы: в восточной части района - черноземы выщелоч. и обыкнов., солоди, солончаки; в западной части - солонцы и черноземы солонцеватые обыкнов. и неполно-развитые.
Ландшафт: ковыльно-типчаковая (в юго-восточной и центральной, частях района) и ковыльно-разнотравная (в северо-восточной и западной) степь. В северной, северо-западной, южной и восточной частях - березовые и осиново-березовые колки. На Южной территории - окраина Джабык-Карагайского бора (памятник природы). В пределах Нагайбакского района создано Нагайбакское охотничье хозяйство.
Памятники природы: гидрологич. - оз. Кара-Чура; геол.— урочище Батыртау (на берегу Гумбейки, в 6 км к селу. от пос. Балканы; си.Яр Батыртау); ботан.— Ольховая роща (на юж. окраене с. Париж). В геологическом строении территория Нагайбакского района принимают участие породы ниж. девона, ниж. и ср. палеозоя, представл. диабазовыми порфиритами, туфопесчаниками, кремнистыми, углисто-кремнистыми, глинисто-кремнистыми и зелеными сланцами и др. породами, местами расчлен. известняками и мраморами. Верхняя зона этих пород в результате физико-химического выветривания разрушена до дресвяно-щебеночного, нередко до глинистого (сапролиты) состояния.
Почти повсеместно коренные породы и их элювиальные образования перекрыты чехлом четвертичных отложений, которые представлены делювиальными и аллювиальными суглинками, глинами, песками.
Согласно результатам бурения, северная и восточная часть территории района сложена глинами бурого цвета, очень плотными, слабовлажными, известковистыми с включением гравия и щебня до 10%.
Крайняя западная центральная и южная части сложены элювиальными грунтами: сапролитами светло-желтого цвета с дресвой (до 35%) и щебнем кремнистых сланцев, которые перекрыты суглинками с прослойками песка. На территории Нагайбакского района расположено несколько месторождений строит, мат-лов [Арсинское (порфирит), Астафьевское (огнеупорные глины), Балканское (песок), Гумбейское (щебень и порфирит), Остроленское (щебень, песок)], Александрийское месторождение колчеданных руд, Астафьевское месторождение пьезокварца; разведана Арсинская группа никелевых месторождений Обнаружены также залежи гранита, мрамора, слюды, пирита, яшмы.