据地质调查资料表明，茅台镇主要为侏罗白垩系紫色沙页岩、砾岩，形成于7000万年以前，受海拔高度和岩石风化后成土母质的影响，茅台地区紫红色土广泛发育，这种土壤砾石和沙质土体含量高、渗水性好，地下水、地表水通过红壤层时，对人体有益的矿物质、多种微量元素被溶解，经过层层渗透，过滤出纯净、清亮甘冽、香甜可口的清泉水，最终汇入了茅台酒酿造所依托的赤水河。

“水为酒之血”，赤水河是中国版图上最为香醇的一条河流，富含多种有益于人体健康的矿物质和微量元素。与很多江河不同，赤水河的颜色因季节而变化。端午节至重阳节，雨季来临，大量紫红色土入水，河水呈赤红色，而重阳节至翌年端午节之间，雨量骤减，河水又恢复清澈透明。这为茅台人千百年来的酿酒活动提供了时间表，根据赤水河水自然变化规律来酿酒，即重阳采水、造沙润粮，将自然的密码通过节令的遵从而传递到每一滴茅台酒中，使得茅台酒的酿造工艺也因此顺应茅台镇自然地理环境的产物，并闪耀着中国传统文化“道法自然”、“天人合一”的思想光泽。

茅台镇地处赤水河谷地带，地势低凹，形成了特殊的小气候：冬暖、夏热、少雨，年平均温度17.4℃，夏季最高温度达40℃，炎热季节达半年之久。冬季无霜期长，温差小，年均无霜期多达326天，年降雨量800~1000毫米。日照丰富，日照时间属贵州省内高值区，年可达1400小时。

这种特殊的小气候为茅台酒的酿制造就了一个气温较高、风微雨少、微生物易生殖而不易失散的外部“世界”，加之酿酒活动在茅台地区数千年传承不息，使得空气中的微生物群得到了长期、稳定的繁衍、生长，这些生生不息的微生物精灵，大量参与到茅台酒的酿造过程中，对茅台神奇品质的孕育起到了极为独特的作用。茅台酒的主体香——酱香的形成，正与这自然生态圈中特殊的微生物群落息息相关。