Beşiktaş İlçesi'nin yeryüzü biçimleri ikili özellik taşır. İlki İstanbul Boğazı'nın biçimlediği kıyı kesimi, ikincisi art bölgeler. Kıyı kesimi denize paralel uzanan yamaçlar biçimindedir. Bu yükseltiler yer yer vadilerle bölünmüş ve hemen her vadi tabanı da bir derenin yatağı olmuştur. Alt bölgeler ise batıda Beyoğlu platosunun devamı niteliğindeki az engebeli düzlükler ile kuzeyde ve doğuda vadilerin biçimlediği küçük düzlüklerden oluşur. Yükselti eğrisine bir örnek vermek gerekirse Barbaros Bulvarı başlangıcında 1.5 m iken Zincirlikuyu'da 135 metreye ulaşır. Boğaz kıyılarının Beşiktaş İlçesi sınırları içindeki kesimi fazla girintili çıkıntılı değildir. Burun olarak Ortaköy'de Defterdarburnu, Arnavutköy'de Akıntıburnu sayılabilir. Tek koy ise Bebek koyudur. Boğaziçi'nin tek adası olan Kuruçeşme Adası da Beşiktaş sınırları içindedir.
b. Akarsular
Beşiktaş İlçesi'nde bugün Nisbetiye Mahallesi vadisinden oluşarak üç küçük kolu olan ve Ortaköy ile Levazım mahallelerinin sınırını çizerek Ambarlıdere Dereiçi Sokağı'nın başlangıcında tonoza giren Ortaköy Deresi'nden başka akarsu kalmamıştır. Diğer derelerin bir kısmı 19. yy sonlarındaki yerleşmelerle, kalanlar ise 20. yy yerleşmelerinin topografyada meydana getirdikleri değişmeler sonucunda yok olmuştur. Bugün bazıları sokak adlarında yaşayan Beşiktaş'ın dereleri şöyle sıralanabilir: Karabâli (Dolmabahçe) Deresi, Beşiktaş Deresi (1811 ve 1866'daki taşkınlarda büyük tahribata yol açmıştır), Muradiye Deresi, Fulya Deresi, Ihlamur Deresi (Fulya Deresi'nin devamı niteliğindedir, 1970'e kadar Odalar Sokağı ile Selaltı Köprü Sokağı'nın kavuştuğu yere kadar açıkta akar, burada tonoza girerdi),
Hasanpaşa Deresi, Yahyaefendi Deresi, Ortaköy Deresi (Dereboyu Caddesi'nden akan dere Ortaköy Camii'nin kuzeyinde denize kavuşurdu), Ekmekçioğlu Deresi, Arnavutköy Deresi.
c. Jeolojik Oluşum
Beşiktaş İlçesi'nin kapsadığı alan büyük ölçüde I. zaman (Paleozik) devoniyen sistemine bağlı kayaçlardan oluşur. Killi şişt ve grovak özelliği taşıyan bu oluşum II. Zaman'da (Mesozoik) kıvrılma geçirmiş ve boylanmıştır. Bu dönemde meydana gelen volkanik hareketlerle de kırıklar mağma ile dolmuştur. III. Zaman (Senezoik) oluşumlarına ise Beşiktaş'ta rastlanmaz. Kıyı kesiminde, özellikle akarsuların biçimlediği vadilerde ve denize döküldükleri yerlerde alüvyon oluşumu yoğundur.
d. İklim
Beşiktaş'ın iklimi doğal olarak İstanbul'un ikliminin bir parçasıdır. Ancak kıyı kesiminde nem oranı daha yüksektir. Akdeniz iklimi ile kara iklimi arasında kalan İstanbul'un bu karma özelliği Beşiktaş'ta da kendini gösterir. Yazları sıcak ve yağışsız, kışları ılıman ve yağışlı geçer. Yağış en çok kasımda en az temmuz ayında düşer. Yıllık ortalama karla örtülü gün sayısı 7'dir. Kar yağışının en çok görüldüğü ay şubattır. Yıllık ortalama sıcaklık 13°C'dir. En sıcak ay ağustos, en soğuk ay ocaktır. Gece ile gündüz sıcaklık farkı büyük değildir. Bu farkın en yüksek olduğu ay nisan olarak ölçülmüştür. Donlu günlerin sayısı 25'i geçmez. Sıcaklığın 25°C'yi geçtiği gün sayısı ise 90'dır. Ortalama nem oranı % 75 dolayındadır. Ölçülmüş en yüksek deniz suyu sıcaklığı 26,2°C, en düşük sıcaklık ise 1,5°C'dir. Hâkim rüzgârlar kuzeydoğulu (poyraz) ve güneybatılı (lodos) esintilerdir. Rüzgâr düzeni kararlılık gösterir.