El terreno varía considerablemente. Las riberas y las tierras bajas con agua muy cerca de la superficie se denominan campiña y terrazas. Las zonas inclinadas que se sitúan por encima de ellas, los mejores terrenos para las vides, reciben el nombre de laderas, mientras que las zonas escarpadas, no recomendadas para la plantación, se llaman cuestas. Por encima de éstas, se localiza el denominado páramo, tradicionalmente destinado al cultivo de cereales. Algunos cultivadores están empezando a plantar vides en estos terrenos. La orientación de las cuestas es importante: por lo general, las que están orientadas al sudeste son las más valoradas.
El factor clave en la calidad de la tierra de los viñedos es la cantidad de piedra caliza y tiza que contienen: más del 33% (el 9% tiza activa) en el suelo del oeste y alrededor del 50% (18% tiza activa) en el este. Algunos terrenos tienen tal cantidad de tiza que parecen casi blancos.
Los suelos de esta zona son complejos. En la campiña, al pie del valle, son aluviales con arena y arcilla. En la parte más alta de los lados del valle, donde se asienta el páramo, se compone de piedra caliza y tiza en el este, y de tiza, en el oeste. Hacia el este, las laderas más bajas son de arcilla y marga, mientras que en las cuestas más bajas predomina la piedra caliza, la arcilla y la marga. Las laderas más altas están formadas por arcilla y marga. En el oeste, las más bajas se componen de arena sobre arcilla. Las pendientes más bajas son de marga con algo de yeso, mientras que las superiores son de marga calcárea.
El clima del valle del Duero oscila entre el frío extremo de la meseta durante el invierno, propio del clima continental,y las características del clima mediterráneo, como el calor y la sequedad.
Protegido de los fríos vientos, cuenta con precipitaciones moderadas o escasas: llueve entre 75 y 90 días al año, sobre todo en primavera y otoño, con el aporte adicional de la humedad que proporcionan las nieblas del Duero. Los veranos son calurosos y secos. A pesar de ello, en el verano la evaporación puede ser mayor que las precipitaciones desde mediados de junio a mediados de septiembre, cuando durante el día la temperatura media oscila entre 25-32º. Sin embargo, estas temperaturas caen bastante durante la noche debido a la altitud, permitiendo a las vides refrescarse y descansar, algo muy beneficioso para ellas.
Las heladas son una constante preocupación desde finales del otoño hasta la primavera. Ocasionalmente, la temperatura puede caer hasta -20º. El viento también puede amenazar a los viñedos.