Il bacino del Metauro è ubicato quasi interamente nella Provincia di Pesaro e Urbino (Marche); solo una piccola parte dell'alto bacino appartiene all'Umbria e alla Toscana. La sua superficie è di 1.405 kmq. Nell'ambito del bacino si possono distinguere un basso bacino, con le zone costiera, basso-collinare e della bassa valle; un medio bacino, con la zona alto-collinare, la Dorsale Marchigiana e la media valle; un alto bacino, con la Dorsale Umbro-Marchigiana, i rilievi della Formazione Marnoso-Arenacea e l'alta valle.

Il Fiume Metauro ha una lunghezza di 110 km. Nasce come T. Auro sul Monte Maggiore dell'Alpe della Luna (Provincia di Arezzo - Toscana). I suoi affluenti principali dopo che si è unito al T. Meta sono il F. Candigliano (coi subaffluenti T. Burano, T. Bosso e T. Biscubio) e il T. Tarugo.

Possiede un regime torrentizio, con portate relativamente alte da novembre a marzo e basse da luglio a settembre. Sfocia nell'Adriatico nei pressi di Fano.

Entro il bacino è compresa una vasta parte di Appennino. Da N.O. verso S.E. e ordinati in catene con questa stessa orientazione, si trovano i rilievi della Formazione Marnoso-Arenacea (parte dell'Alpe della Luna sino a Bocca Trabaria - sui 1100-1260 m, le Serre e il M. Vicino - sui 1000 m); i rilievi della Dorsale Umbro-Marchigiana (il M. di Montiego - m 975, il M. Nerone - m 1525, il M. Petrano - m 1163 e il massiccio del M. Catria - m 1701); più spostati verso il mare i rilievi della Dorsale Marchigiana (M. Pietralata - m 889, M. Paganuccio - m 976 e Monti della Cesana - m 635).

I terreni sono calcarei, calcareo-marnosi e marnosi nelle pieghe anticlinali della Dorsale Umbro-Marchigiana e della Dorsale Marchigiana. In tali zone sono diffuse pareti rocciose, forre e gole rupestri: le principali tra queste sono la Gola del Furlo, la Gola di Gorgo a Cerbara, la valle dell'Infernaccio (pendici Nord del M. Nerone), Fondarca (pendici di S.O. del M. Nerone), le Balze della Vernosa e della Porrara sul M. Catria e le gole del T. Bosso, T. Burano e T. Biscubio.

I terreni sono prevalentemente marnosi, arenacei e argillosi nelle zone collinari. Qui la morfologia si fa più dolce, in particolar modo dove prevalgono le argille. Nei fondovalle si trovano depositi alluvionali ghiaiosi e sabbiosi.