Лоухский район Карелии это большей частью равнина, но у северо-западной части района типично горный вид. К северо-западу на десятки километров протянулись девственные леса (более 75% территории), обширные болота и озера, холмы и скалы. Здесь находится самая высокая точка Карелии - гора Нуорунен (577 метров).
Здесь же находится и озеро Паанаярви, давшее название национальному парку, его глубина – 131 м. Это одно из самых глубоких малых озер мира. На больших глубинах вода озера чрезвычайно насыщена кислородом. В долине озера особый микроклимат, что объясняется тем, что она окружена высокими горами. Зимой холодные воздушные массы "стекают" с гор в долину озера, в сильные морозы разница температур воздуха между вершинами и долиной доходит до 20°. Но с апреля по сентябрь здесь, в долине озера, заметно теплее, чем в окрестностях.
В районе чрезвычайно много рек, изобилующих порогами и водопадами, и озер (более тысячи), самые крупные из которых Топозеро, Пяозеро, Тикшозеро. В озерах и реках водится множество рыбы, в том числе семга, кумжа, сиг, хариус и др.
Исключительно живописную картину представляет собой побережье Белого моря, так называемый Карельский берег, изобилующий островами, заливами, мысами, скалами и прочими разнообразными формами рельефа.
В Лоухском районе расположен природный национальный парк "Паанаярви". Парковый ансамбль включает в себя горы, озера, реки, в нем обитают разнообразные виды животных и растительности, некоторые из которых занесены в Красную Книгу.
На крутых склонах гор встречаются своеобразные "висячие" болота - это одна из особенностей этой местности.
Зимой наблюдаются многочисленные "северные сияния", а лето в Карелии - это период "белых ночей".
К геологическим объектам этого района Карелии, имеющим мировое значение, относятся: расслоенные интрузии Кивакка и Ципринга (горы Пяйнур), Нуоруненский гранитный массив, Паанаярвский раздвиг со скалой Рускеакаллио, отрезок Паанаярви-Кандалакшского глубинного разлома и древняя система водноледниковых дельт рек Оланги-Ципринги.