ส่วนใหญ่บริเวณป่าภูจอง-นายอย    จะเป็นเทือกเขาแหล่งต้นน้ำของลำน้ำลำห้วยที่สำคัญของจังหวัดอุบลราชธานี สภาพป่าโดยทั่วไปเป็นป่าดิบเขา ป่าดิบแล้ง ป่าเบญจพรรณ และป่าเต็งรัง มีพันธุ์ไม้ขึ้นอยู่หนาแน่นและอุดมสมบูรณ์ ส่วนมากดินจะเป็นดินลูกรังปะปนหินปูนตามบริเวณที่ราบบนเนินเขา และประกอบด้วยลานหินลักษณะต่างๆ ตลอดจนหน้าผา เช่น ผาผึ้ง

สภาพภูมิอากาศของอุทยานแห่งชาติภูจอง-นายอย จัดเป็น 3 ฤดู ฤดูฝน เริ่มราวเดือนมิถุนายน-พฤศจิกายน ฤดูหนาว เริ่มราวเดือนธันวาคม-กุมภาพันธ์ ฤดูร้อน เริ่มราวเดือนมีนาคม-พฤษภาคม ซึ่งอากาศโดยทั่วไปไม่ร้อนจัดเย็นสบายตลอดทั้งปี โดยช่วงฤดูหนาวมีอากาศที่เย็นมากอีกครั้งหนึ่ง

อุทยานแห่งชาติภูจอง-นายอย  ประกอบด้วยพรรณไม้ชนิดป่าดิบเขา ป่าดิบแล้ง ป่าเบญจพรรณ และป่าเต็งรัง ซึ่งขึ้นอยู่เป็นส่วนๆ มีพรรณไม้ขึ้นหนาแน่นประมาณร้อยละ 75 โดยเฉลี่ยประกอบด้วยไม้พื้นล่างขึ้นหนาแน่น ได้แก่ จำปาป่า และพรรณไม้ดอกต่างๆ แซมเป็นไม้พื้นล่างให้กับไม้ยืนต้นจำพวกตะเคียนทอง ประดู่ ยาง กระบาก ปู่จ้าว พะยูง มะค่า แกแล เป็นต้น