Κυρίαρχο στοιχείο στο φυσικό περιβάλλον του νομού Σερρών είναι η απέραντη εύφορη πεδιάδα του, που περικλείεται από οροσειρές δασώδεις, με έντονη χειμαρρική δράση. Εξήντα οκτώ χείμαρροι εκβάλλουν στην καταπράσινη αυτή πεδιάδα, "εμπλουτίζοντας" την στο διάβα τους με φερτές ύλες, επιφανειακής και χαραδρωτικής διάβρωσης, συνολικού όγκου 14.000μ3/χλμ2/έτος.

Αυτή η "εδαφορραγία" του νομού, που με τα προϊόντα της διάβρωσης κατακλύζει κυριολεκτικά τις καλλιεργημένες εκτάσεις της πεδιάδας και καταχώνει τα μνημεία του πολιτισμού του νομού, αντιμετωπίζεται με ένα μεγάλο πρόγραμμα διευθέτησης των χειμάρρων, που λειτουργεί συνεχώς από το 1932 με κυμαινόμενη ένταση. Στις νότιες πλαγιές των ορεινών όγκων της Βροντούς, οι λεκάνες απορροής των χειμάρρων χαρακτηρίζονται από ανεπαρκή φυτοκάλυψη (ποσοστό δοσοκάλυψης 15-24%). Έντονα χαρακτηριστικό γνώρισμα αυτής της περιοχής είναι επίσης η λιθολογική της δομή,η οποία αποτελείται, κατά ποσοστό 30-45%, από ευδιάβρωτα εδαφολογικά στρώματα. Τα δάση του νομού, που καλύπτουν έκταση 820.000 σρεμμάτων, έχουν περιοριστεί στον ορεινό όγκο που περιβάλλει την πεδιάδα και μόνο η λευκοκαλλιέργεια - δημόσια και ιδιωτική - ακολουθεί τα αναχώματα του ποταμού Στρυμώνα ως την αποξηραμένη λίμνη της Αχινούς.

Εξάλλου, υδρόβια και υδροχαρή μικροδάση αναπτύσσονται στις άλλοτε στρατιωτικές ζώνες του Στρυμώνα, πάνω από τη γέφυρα του Πετριτσίου, και σ' όλα τα μεγάλα υπό διευθέτηση ορεινά ράματα, στο φαράγγι του Αγγίτη, και στα πηγαία νερά του Αγκίστρου. Στην πεδινή και ημιορεινή περιοχή αναπτύσσονται σημαντικοί υγροβιότοποι, διεθνούς σημασίας και αποδοχής.

Σημαντικότερους από όλους είναι ο υγροβιότοπος της λίμνης Κερκίνης, ένα "θαύμα" του οποίου η μοναδικότητα ολοκληρώθηκε από την τεχνική επέμβαση του ανθρώπου πάνω στα φυσικά χαρακτηριστικά του Στρυμώνα ποταμού. Ένας άλλος σημαντικός, αλλά μικρότερος σε έκταση, υγρότοπος είχε δημιουργηθεί στο παλιό Δέλτα του Στρυμώνα, ο οποίος, όμως, έχει δεχθεί όλες τις αρνητικές επιπτώσεις των μεγάλων οδικών έργων που έγιναν πρόσφατα στην περιοχή, με αποτέλεσμα να αλλάξει στο σημείο αυτό η κοίτη και να δημιουργηθούν οι σημερινές νέες εκβολές του στο Αιγαίο. Από το Στρυμώνα έχουν δημιουργηθεί, διαδοχικά, τα τελευταία είκοσι χρόνια και άλλοι μικρότεροι υγρότοποι, διάσπαρτοι γύρω και ανάμεσα στις ορυζοκαλλιέργειες του νομού, στο κεντρικό μέρος του κάμπου.

Από πλευράς φυσικών καλλονών, η περιοχή του δάσους Λαϊλιά, στην οροσειρά της Βροντούς, αποτελεί μεγάλη αισθητική παρουσία, με ιδιαίτερη μάλιστα φυτοκοινωνιολογική σημασία. Παράλληλα , γεωλογικοί σχηματισμοί με απολιθωμένα ψάρια και φυτά στην περιοχή Σκοπιάς και Γάζωρου προσελκύουν όλο και περισσότερο το επιστημονικό ενδιαφέρον των ειδικών. Στα ανατολικά του νομού το μυθικό Παγγαίο όρος, με τα απροσπέλαστα φαράγγια και τις χρυσοφόρες στοές του Φιλίππου και του Μ. Αλεξάνδρου, υψώνεται φύλακας και ακρίτας στο Βορρά και στη θάλασσα.

Το φαράγγι του Αγγίτη, με τις βαθιές πτυχές και τις κατακόρυφες πλαγιές, γεμάτο μύθους και παραδόσεις, αποστραγγίζει τα τενάγη των Φιλίππων, σε μια μυθική κατασκευή του Φιλίππου της Μακεδονίας.