Рельеф. По характеру рельефа и др. природным особенностям У. делится (с С. на Ю.) на Полярный, Приполярный, Северный, Средний и Южный.
Полярный У. имеет сильно расчленённый рельеф с высоты 1000–1200 м (максимальная – 1499 м, г. Пайер). Наряду с заострёнными гребнями имеются уплощённые или округлые вершины. Приполярный У. наиболее высок (г. Народная – 1895 м, г. Карпинского – 1878 м ) и расширен до 150 км. Многие хребты (Исследовательский, Сабля и др.) венчаются иззубренными гребнями, глубоко и густо расчленены речными долинами. На Полярном и Приполярном У. имеются следы плейстоценовых горно-долинных оледенений (кары, троги, морена) и развито современное оледенение (143 ледника; крупнейшие – ИГАН, МГУ, Долгушина); много снежников перелетков. Северный У. вытянут с С. на Ю. и состоит из ряда параллельных хребтов (высота до 1000–1200 м ) и продольных депрессий. Для него характерны уплощённые вершины; верхней части наиболее высоких гор (Тельносиз – 1617 м, Конжаковский Камень – 1569 м, и др.) имеют более расчленённый рельеф. Средний У. наиболее низкогорный (самая высокая г. Средний Басег – 994 м ), сильно сглаженный. Рельеф Южного У. более сложный; многочисленные разновысотные хребты юго-зап. и меридионального направлений расчленены глубокими продольными и поперечными понижениями и долинами. Наибольшая высота 1640 м (г. Ямантау).
На западном склоне У. и в Приуралье развит карст, особенно в бассейне р. Сылвы (приток р. Чусовой). Много пещер (Дивья пещера , Кунгурская пещера , Капова пещера ), карстовых воронок, провалов, подземных речек. Вост. склон закарстован слабее; среди обычно выровненной или слабо всхолмлённой поверхности поднимаются скалистые останцы (Семь Братьев, Чёртово Городище, Каменные Палатки). С В. к Среднему и Южному У. примыкают широкие пенепленизированные предгорья, за счёт которых Южный У. расширяется до 250 км.
Геологическое строение и полезные ископаемые. У. представляет собой позднепалеозойскую (герцинскую) складчатую область; составная часть Урало-Монгольского складчатого геосинклинального пояса . В пределах У. на поверхность выходят деформированные и часто метаморфизованные горные породы преимущественно палеозойского возраста. Толщи осадочных и вулканических пород обычно сильно смяты, нарушены разрывами, но в целом образуют меридиональные полосы, обусловливающие линейность и зональность структур У. С З. на В. выделяются: Предуральский краевой прогиб со сравнительно пологим залеганием осадочных толщ в зап. борту и более сложным в восточном; зона западного склона У. с развитием интенсивно смятых и нарушенных надвигами осадочных толщ нижнего и среднего палеозоя; Центральноуральское поднятие, где среди осадочных толщ палеозоя и верхнего докембрия местами выходят более древние кристаллические породы края Вост.-Европ. платформы; система прогибов-синклинориев восточного склона (наиболее крупные – Магнитогорский и Тагильский), выполненных главным образом среднепалеозойскими вулканическими толщами и морскими, нередко глубоководными осадками, а также прорывающими их глубинными изверженными породами (габброидами, гранитоидами, реже щелочными интрузиями) – т. н. зеленокаменный пояс У.; Урало-Тобольский антиклинорий с выходами более древних метаморфических пород и широким развитием гранитоидов; Восточно-Уральский синклинорий, во многом аналогичный Тагильско-Магнитогорскому.
В основании первых трёх зон по геофизическим данным уверенно прослеживается древний, раннедокембрийский, фундамент, сложенный преимущественно метаморфическими и магматическими породами и образованный в результате нескольких эпох складчатости. Самые древние, предположительно архейские, породы выходят на поверхность в Тараташском выступе на зап. склоне Южного У. Доордовикские породы в фундаменте синклинориев вост. склона У. неизвестны. Предполагается, что фундаментом палеозойских вулканогенных толщ синклинориев служат мощные пластины гипербазитов и габброидов, местами выходящих на поверхность в массивах Платиноносного пояса и др. родственных ему поясов; эти пластины, возможно, представляют собой отторженцы древнего океанического ложа Уральской геосинклинали. На В., в Урало-Тобольском антиклинории, выходы докембрийских пород довольно проблематичны.
Палеозойские отложения западного склона У. представлены известняками, доломитами, песчаниками, образовавшимися в условиях преимущественно мелководных морей. Восточнее прерывистой полосой прослеживаются более глубоководные осадки континентального склона. Ещё восточнее, в пределах вост. склона У., разрез палеозоя (ордовик, силур) начинается измененными вулканитами базальтового состава и яшмами, сопоставимыми с породами дна современных океанов. Местами выше по разрезу залегают мощные, также измененные спилит-натро-липаритовые толщи с месторождениями медноколчеданных руд. Более молодые отложения девона и отчасти силура представлены преимущественно андезито-базальтовыми, андезито-дацитовыми вулканитами и граувакками, отвечающими в развитии вост. склона У. стадии, когда оксаническая земная кора сменилась корой переходного типа. Каменноугольные отложения (известняки, граувакки, кислые и щелочные вулканиты) связаны с наиболее поздней, континентальной стадией развития вост. склона У. На этой же стадии внедрилась и основная масса палеозойских, существенно калиевых, гранитов У., образовавших пегматитовые жилы с редкими ценными минералами. В позднекаменноугольно-пермское время осадконакопление на вост. склоне У. почти прекратилось и здесь сформировалось складчатое горное сооружение; на зап. склоне в это время образовался Предуральский краевой прогиб, заполненный мощной (до 4–5 км ) толщей обломочных пород, сносившихся с У., – молассой . Триасовые отложения сохранились в ряде впадин-грабенов, возникновению которых на севере и востоке У. предшествовал базальтовый (трапповый) магматизм. Более молодые толщи мезозойских и кайнозойских отложений платформенного характера полого перекрывают складчатые структуры по периферии У.
Предполагается, что палеозойская структура У. заложилась в позднем кембрии – ордовике в результате раскалывания позднедокеморийского континента и раз движения его обломков, вследствие чего образовалась геосинклинальная впадина с корой и осадками океанического типа в её внутренней части. Впоследствии раздвижение сменилось сжатием и океаническая впадина начала постепенно закрываться и «зарастать» вновь формирующейся континентальной корой; соответственно менялся характер магматизма и осадконакопления. Современная структура У. носит следы сильнейшего сжатия, сопровождавшегося сильным поперечным сокращением геосинклинальной впадины и образованием пологих чешуйчатых надвигов – шарьяжей (см. Покров тектонический ).
У. – это сокровищница разнообразных полезных ископаемых. Из 55 видов важнейших полезных ископаемых, которые разрабатываются в СССР, на У. представлено 48. Для вост. районов У. наиболее характерны месторождения медноколчеданных руд (Гайское, Сибайское, Дегтярское месторождения, Кировградская и Красноуральская группы месторождений), скарново-магнетитовых (Гороблагодатское, Высокогорское, Магнитогорское месторождения), титаномагнетитовых (Качканарское, Первоуральское), окисных никелевых руд (группа Орско-Халиловских месторождений) и хромитовых руд (месторождения Кемпирсайского массива), приуроченных в основном к зеленокаменному поясу У., залежи угля (Челябинский угольный бассейн), россыпи и коренные месторождения золота (Кочкарское, Берёзовское) и платины (Исовские). Здесь расположены крупнейшие месторождения бокситов (см. Североуральский бокситоносный район ) и асбеста (Баженовское). На зап. склоне У. и в Приуралье имеются месторождения каменного угля (Печорский угольный бассейн , Кизеловский угольный бассейн), нефти и газа (Волго-Уральская нефтегазоносная область , Оренбургское газо-конденсатное месторождение), калийных солей (Верхнекамский бассейн). Особенно У. славится своими «самоцветами» – драгоценными, полудрагоценными и поделочными камнями (изумруд, аметист, аквамарин, яшма, родонит, малахит и др.). Лучшие в СССР ювелирные алмазы добыты на У.