Ο κύριος όγκος του βουνού είναι συμπαγής και παρόλο που οι οικισμοί και άλλες χρήσεις έχουν διεισδύσει βαθιά στις πλαγιές και τις λεκάνες του, δεν τέμνεται πουθενά από διελεύσεις. Με ένα μέγιστο μήκος 20 χλμ και μέγιστο πλάτος 6 χλμ, ο Υμηττός διαμορφώνει μια περίμετρο 65 περίπου χλμ και καλύπτει έκταση 81 τετ.χλμ. Μορφολογικά παρουσιάζει ένα απλό επίμηκες σχήμα με πολύ απότομες πλαγιές. Η κορυφογραμμή του χαμηλώνει στο διάσελο Σταυρός (παλιότερα λεγόταν και Πιρναρικός λαιμός ή Επάνω Πιρναρή, 454 μ), που δημιουργεί δύο σαφώς διακριτές ενότητες, το βόρειο και το νότιο. Το βόρειο τμήμα, που αντιλαμβανόμαστε κυρίως ως Υμηττό από το λεκανοπέδιο, είναι μεγαλύτερο και υψηλότερο (1029 μ) και σωστά λεγόταν Μέγας Υμηττός στην αρχαιότητα. Ο βόρειος ή Μέγας Υμηττός διατηρεί αρκετές πηγές και παρ όλες τις πυρκαγιές παραμένει αρκετά δασωμένος, ενώ το νότιο τμήμα, που στην αρχαιότητα ονομαζόταν Ελάσσων ή Άνυδρος Υμηττός, είναι χαμηλότερο (774 μ) και, κατά κυριολεξία, άνυδρο.

Γεωλογικά, το κύριο χαρακτηριστικό του Υμηττού, που εκφράζεται τόσο στη μορφολογία, όσο και στην υδροφορία και τη βλάστηση, είναι οι εκτεταμένες εμφανίσεις σχιστόλιθων στα χαμηλά υψόμετρα, όπως στην περιοχή του Καρέα και της Καισαριανής, ενώ η ανώτερη ζώνη σχηματίζεται από ημιμεταμορφωμένους και νεώτερους ασβεστόλιθους. Το μάρμαρο του Υμηττού, αν και χαμηλής ποιότητας λόγω του περιορισμένου βαθμού μεταμόρφωσης, είχε μεγάλη ζήτηση στους Ρωμαϊκούς χρόνους λόγω του ιδιαίτερου χρώματός του (είναι κυανότεφρο) για την κατασκευή ανδριάντων και διακοσμητικών στοιχείων.

Χαρακτηριστικό φυσικό στοιχείο του Υμηττού είναι τα πολλά σπήλαια, τα περισσότερα εύκολα προσπελάσιμα, και τα πολυάριθμα βάραθρα, που συχνά εντοπίζονται πολύ δύσκολα στο βραχώδες πεδίο. Για τους λόγους αυτούς, ο Υμηττός θεωρείται πολύ ενδιαφέρον σπηλαιολογικό πεδίο και διατηρεί ακόμα έντονο το στοιχείο της εξερεύνησης. Περισσότερα από 50 σπήλαια και βάραθρα αναφέρονται από διάφορους συγγραφείς, με πιο αξιόλογο το σπήλαιο Κουτούκι, που εξερευνήθηκε το 1928 και αξιοποιήθηκε τουριστικά από τον ΕΟΤ (σήμερα, ωστόσο, είναι κλειστό στο κοινό).

Οι λίγες πηγές του βουνού περιορίζονται στη δυτική όψη, όπως η Καλοπούλα και ο Κριός, πηγές που είχαν σχετιστεί στην αρχαιότητα με την ευτεκνία των γυναικών, και θεωρούνται ως μητρικές πηγές του Ιλισού.

Το βουνό καλύπτεται κυρίως από αραιούς θάμνους και φρύγανα, που κρύβουν μια πλούσια χλωρίδα και προσφέρουν μια εκρηκτική ανθοφορία την άνοιξη. Στη δυτική όψη, υπάρχουν μεγάλα διάκενα, είτε λόγω των ανθρώπινων παρεμβάσεων (λατομεία, επανειλημμένες πυρκαγιές) και είτε λόγω στειρότητας του εδάφους, και η γενική εντύπωση που δίνει ο Υμηττός προς την Αθήνα είναι ενός γκρίζου όγκου, πετρώδους και γυμνού. Ωστόσο, στις θέσεις που το ανάγλυφο είναι πιο ομαλό και το εδαφικό κάλυμμα καταλληλότερο, έχουν αναπτυχθεί μεγάλες συστάδες ή και δάση, κυρίως πεύκων. Μεγάλες και επανειλημμένες αναδασώσεις έχουν γίνει σε όλη την νότια όψη του βουνού, με σημαντικότερη την ανασύσταση του δάσους της λεκάνης της μονής Καισαριανής που προστατεύεται ως Αισθητικό Δάσος και βρίσκεται υπό τη διαχείριση της Φιλοδασικής Εταιρείας.
Η χλωρίδα παρουσιάζει υψηλή ποικιλότητα με περισσότερα από 600 είδη φυτών, από τα οποία 23 είναι ενδημικά της Ελλάδας, ενώ έχουν καταγραφεί περισσότερα από 40 είδη ορχεοειδών.
Η πανίδα είναι αυτή που θα περίμενε κανείς σε ένα απομονωμένο και τόσο ασφυκτικά οριοθετημένο ορεινό όγκο της Αττικής, αλλά παρουσιάζει και αρκετές εκπλήξεις. Συνολικά έχουν καταγραφεί περισσότερα από 100 είδη πουλιών, ενώ το πιο γνωστό από τα θηλαστικά είναι η αλεπού, που δεν διστάζει να πλησιάσει στα τελευταία σπίτια της Τερψιθέας και της Αιξωνής.

Στον Υμηττό έχουν διανοιχτεί, σημανθεί ή απλά διατηρούνται ανοιχτά χάρις στη συνεχή χρήση από τους επισκέπτες του βουνού περίπου 100 χλμ μονοπάτια. Πιo κάτω προτείνουμε μερικές πολύ ευχάριστες, γνωστές και καλοπατημένες πεζοπορικές διαδρομές.

Η λέξη "Υμηττός" έχει προελληνική προέλευση, όπως συμβαίνει και με πολλά άλλα αρχαία τοπωνύμια της Αττικής (Λυκαβηττός, Αρδηττός, Πάρνηθα, Κηφισός, Ιλισός κλπ). Οι μεταγενέστερες ονομασίες Monte Matto (φραγκοκρατία), Ντελί-Νταγ (τουρκοκρατία) και Τρελοβούνι (νεώτερο) είναι παραφθορές του λατινικού Monte Ιmetto.