Sveitarfélagið Norðurþing er ríkt af sérstæðri og fallegri náttúru. Náttúruminjar er samheiti yfir margvísleg fyrirbæri í náttúrunni sem hafa vistfræðilegt, menningarlegt, félagslegt eða vísindalegt gildi og verðugt er að vernda sérstaklega.
Í Norðurþingi eru þrjú friðlýst svæði sem teljast til náttúruminja. Vatnajökulsþjóðgarður, er vestan Jökulsár á Fjöllum, Dettifoss, Selfoss og Hafragilsfoss ásamt næsta nágrenni austan Jökulsár á Fjöllum er friðlýst sem náttúruvætti, og Laxá í Aðaldal sem rennur að hluta um sveitarfélagið, en hún ásamt Mývatni hefur verði skráð sem alþjóðlega mikilvægt votlendissvæði.
Gróðurfar og landgræðsla
Gróðurfar í sveitarfélaginu er fjölbreytt enda spannar það stórt svæði. Almennt má segja að á láglendi sé gras- og votlendi áberandi en síðan taki mólendi við. Eftir því sem ofar dregur verður mólendið rýrara og uppblásturssvæði verða áberandi.
Graslendið stafar fyrst og fremst af ræktun í tengslum við landbúnað sem er mikilvægasta atvinnugreinin í dreifbýlinu. Það er mest næst ströndinni en teygir sig inn til landsins í Öxarfirði og í Reykjahverfi. Votlendissvæði eru víða á láglendi en þau víðáttumestu eru fyrir botni Öxarfjarðar og á austurhluta Melrakkasléttu.
Fuglalíf
Fjölskrúðugt fuglalíf er helsta einkenni í fánu Norðurþings. Ástæður þess er fjölbreytileg búsvæði fyrir fugla. Innan sveitarfélagsins eru afar lífrík votlendissvæði þar sem finna má fuglategundir sem eru fátíðar utan Þingeyjarsýslna. Laxá rennur að hluta til innan sveitarfélagsins en hún er skráð sem RAMSAR-svæði en það eru votlendissvæði sem eru talin hafa alþjóðlegt mikilvægi. Þá er einnig að finna mikið af sjófuglum við ströndina og er Rauðinúpur mesta fuglabjargið en þar er m.a. að finna eitt af nokkrum súluvörpum landsins.
Jarðfræði
Norðurþing er á jarðfræðilega mjög ungu svæði og ber landslagið keim af því. Sprungur fimm megineldstöðva, Þeistareykja, Kröflu, Fremrináma, Öskju og Hrúthálsa, liggja um sveitarfélagið frá Tjörnesi út á Melrakkasléttu. Á þessu svæði er því mikið um sprungur og misgengi. Mikið er af nútímahrauni í sveitarfélaginu en þau eru ekki áberandi þar sem flest eru vel gróin. Móbergsstapar og hryggir eru víða.
