根据山形及构造带在地貌上的表现，可将天山分为北天山、中天山及山间盆地、南天山三部分。
1．北天山，主要包括婆罗科努山、依连哈比尔尕山等。这些山脉东西延长1000千米以上，宽达35—50千米，一般高4000米以上，依连哈比尔尕山高达5000—5500米，现代冰川发育。北天山西段低矮的垭口通道较少，仅赛里木地堑盆地（湖面高2070米）地势较低，为伊犁与准噶尔盆地之间的重要通道。
乌鲁木齐东南达坂城附近断陷湖泊区高度1050—1100米，为穿越北天山的主要通道。自此而东为博格达山（主峰5445米）、哈尔里克山等，山地为断裂谷地所隔，成为七角井与木垒河、哈密与巴里坤之间的要径。
北天山水系都为顺山地坡面下流的河流，以发源于依连哈比尔尕山区诸河水量最丰。玛纳斯河、奎屯河等，灌溉天山北麓玛纳斯、奎屯等垦区。
2．中天山及山间盆地区，山地一般不超过4000米，分布面积不广，而山间盆地的规模则很大，一般长达数百千米，宽约数十千米。中天山的宽度在东经85°附近仅100千米，而在伊犁-昭苏一带宽达180—200千米。
西部为肥沃的伊犁谷地，自巩乃斯河与特克斯河交汇处以西的伊犁河谷，东西长约170千米，海拔由780米向西降为500米。伊犁河上游接受汗腾格里山和依连哈比尔尕山结冰雪融水补给，成为全区水量最丰富的河流。伊犁谷地降水较多，又有伊犁河灌溉，加以黄土堆积较厚，植被茂密，成为西北干旱区中重要的农牧区。
依连哈比尔尕山以南为大、小尤尔都斯山间盆地，盆地底部海拔2400米以上，为重要的高山牧场。尤尔都斯盆地之南隔霍拉山为开都河断陷盆地，开都河潴为博斯腾湖，湖面海拔1048米。孔雀河在湖西南隅渲泄，穿铁门关峡谷，流入塔里木盆地。开都河三角洲为重要的农业区。
3．南天山沿塔里木盆地北缘延伸，大致呈向北突出的弧形。西部为阿莱山、喀拉铁克等，呈东北走向，高度大致在4200—4800米之间，高峰可达5300米。南天山中部主要为汗腾格里、托木尔山结，这一带山峰高度多在5500米以上，托木尔峰高7435米，汗腾格里峰高6995米。冰雪覆盖面积很广，现代冰川发育，长达34千米。
南天山第四纪古冰川规模比现代冰川大得多。冰期后南天山高山带隆起，在古冰川槽谷中有侵蚀复活现象，河流刻蚀槽底而成峡谷，邻近陡坡部分，河流下切深达100—120米。
天山山地永久积雪区和冰川规模相当巨大，面积约9500平方千米，主要集中在汗腾格里山地，其次是依连哈比尔尕山地。
雪线的高度，随着气候条件和山文条件的差异而有不同。天山雪线在东段和西段，南坡和北坡均有显著差异（表21-1）
由上表可见，天山雪线的高度在北坡东西段相差400—500米，但南坡的变化不大。
天山冰川的类型，以山谷冰川、冰斗冰川为主，也有少量悬冰川、平顶冰川。各种冰川类型的组合，与山文有密切的关系。1）发育在5000米以上，具有巨大山结的高山地区，发育树枝状山谷冰川，每一条大的山谷冰川，常有数十条支冰川。冰川舌末端可下伸至2700—3000米。 2）山脉经过强烈切割，山脊狭窄陡峻，冰斗散布，粒雪盆与裸露陡岩相互交错，发育中小规模的羽状排列的山谷冰川、悬冰川和冰斗冰川。3）剥蚀面保存良好的山地，如东天山，除发育小规模的冰斗冰川、悬冰川外，还发育特殊的平顶覆盖冰川。4）在山势较低或气候干旱的山区，冰川短小，冰斗冰川、悬冰川呈斑点状零星分布在山地的最高处。
天山位于不同的生物-气候带中，其北部属于温带荒漠，南部属于暖温带荒漠，而西部的伊犁谷地属于温带荒漠草原。不同地带的水热条件明显地反映在所隶属的垂直带系统中，因而天山不同坡向的土壤、植被的垂直结构有很大差异。
1）天山北坡有明显的典型亚高山草甸带、山地草原黑钙土带及森林草甸、草原组成的森林-草甸-草原带；而天山南坡则缺乏森林带和黑钙土带，大部分缺乏亚高山草甸带，代之而起的为比较干旱的亚高山草甸草原带，森林只在局部地区呈小片分布，镶嵌在亚高山草甸草原带中。同时，在同样森林覆被下，北坡形成较典型的灰褐色森林土，而南坡则形成在较干旱条件下的碳酸盐灰褐色森林土。
2）天山北坡的垂直带结构大部分从荒漠草原开始，部分地区为荒漠带，上升也较低。而南坡山地荒漠带可升至1800—2000米以上，西南坡更达2300—2500米。
3）生物-气候特点反映在天山北坡的垂直带相当完整，高山草甸土，亚高山草甸土，山地灰褐色森林土（阳坡为山地黑钙土），山地黑钙土，山地栗钙土，山地棕钙土，山地灰棕漠土。而天山南坡的垂直结构不完整，表现为高山草甸土，亚高山草甸草原土，山地栗钙土，山地棕钙土，山地棕漠土，而且干旱成分（即从荒漠至干草原）占绝对优势。
伊犁山区由于谷地向西敝开，接受了较多的湿气，形成较为湿润的垂直结构类型。