Lo stato può essere suddiviso in quattro regioni fisiche: la Central Valley, una profonda e fertile vallata di origine alluvionale delimitata a est dagli aspri rilievi della Sierra Nevada, a nord dalla catena delle Cascate (un tavolato vulcanico comprendente numerosi crateri come quelli del monte Shasta – 4.317 m, ormai spento – e del picco Lassen – 3.187 m, ancora attivo) e dai monti Klamath, a ovest dalla catena Costiera interrotta dalle depressioni della Salinas Valley e dei bassopiani circostanti la baia di San Francisco; la zona sudoccidentale, comprendente le catene montuose delle Transverse Ranges e delle Peninsular Ranges, che si differenziano dalla Sierra Nevada per la loro minore elevazione e l’assenza di ghiacciai; la regione sudorientale, comprendente numerose zone desertiche e aridi bacini tra i quali il Gran Bacino, il più settentrionale, dove si trovano il grande deserto di Mojave e la Valle della Morte; infine la fascia costiera, geologicamente instabile e caratterizzata da molte fratture, tra cui la temibile faglia di San Andreas.

I fiumi principali della California sono il Sacramento, che nasce dal monte Shasta e sfocia nella baia di San Francisco, e il San Joaquin che nasce nella Sierra Nevada. I due fiumi scorrono soprattutto attraverso la Central Valley e, con i loro numerosi tributari, accolgono le acque che scendono dalla Sierra Nevada, dalla catena delle Cascate e da altre zone nordorientali. Tra i molti laghi presenti sul territorio, quasi tutti di modeste dimensioni, si citano il Tahoe, al confine con il Nevada, il Clear, l’Honey e il Mono; i maggiori bacini artificiali sono il lago Shasta e l’Oroville Reservoir."California," Microsoft® Encarta® Enciclopedia Online 2008
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