Le due isole sono di origine vulcanica e al loro centro hanno altopiani vulcanici dai quali numerosi corsi d'acqua scorrono fino al mare. Con una superficie di poco superiore a quella della citt à di New York, si crogiolano al sole della Bight of Biafra, a nord dell'equatore. Le foreste pluviali erano fitte in tutte due le isole fino a quando i portoghesi arrivarono e crearono le piantagioni di zucchero e cacao, ma ci sono tuttora zone di densa vegetazione locale. Pi ù dell'80% della popolazione vive sull'isola di S ão Tom É, dove la foresta occupa ancora il 75% del territorio. La flora e la fauna sono simili a quelle della vicina Guinea Equatoriale, sul continente, anche se ci sono diverse specie endemiche. Le isole sono soggette a siccit à ed erosione del terreno dovuta alla distruzione delle foreste.
Il clima è equatoriale. I mesi pi ù asciutti e pi ù freschi sono da giugno a settembre, con temperature intorno ai 29 °C. Il mese pi ù piovoso è marzo, durante il quale la pioggia cade monotonamente e le temperature raggiungono i 30 °C circa. Ci sono anche diversi microclimi, specialmente sull'isola di S ão Tom É: a nord il clima è pi ù secco, simile a quello della savana, e a sud piove molto di pi ù, anche durante la stagione asciutta.
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