Por lo general el Municipio en su mayor extensión territorial tiene un clima templado sub-húmedo con lluvias en verano, por lo que se espera una temperatura, ha registrado variaciones poco favorables, cuando anteriormente el promedio anual máxima registrada era de 22.0 a 26.0 grados centígrados, y durante el año se observan variaciones en la temperatura que van desde los 0.5 a los -4 grados centígrados como mínima, las cuales estaban presentes en los meses de diciembre y enero, con una incidencia de heladas de 2 mínima, por otro lado se prevé que se presente una precipitación mínima de 8.4 milímetros y la máxima de 131.8 milímetros con lluvias más intensas en verano, sin embargo el padrón por el cambio climático pudiese a ver variado en los últimos años por efectos del niño a la niña. Para 2008, se pronostica se presentarán para el mes de mayo condiciones de precipitación sobre el medio histórico, para junio se espera se incrementen las lluvias de un 10%, y se normalicen los meses julio y agosto, incrementandose nuevamente un 10% en el mes de septiembre por el efecto del fenómeno la Niña.(Fuente: Inifap- Sagarpa- Sefoa, datos centros meteorológicos pluviales 2008).

Orografía

Las características del relieve en el municipio son las siguientes: Zonas semiplanas, que ocupan el 65.0 por ciento de la superficie, con una altura promedio de 2600 msnm. Ubicándose en las laderas de relieve montañoso al norte y al oriente del municipio. Zonas accidentadas, que abarcan el 35.0 por ciento de la superficie y se localizan al sur y al poniente del municipio, alcanzando las partes altas hasta 3200 msnm.

Suelo

En el municipio de Nanacamilpa existen tres tipos de suelos: los cambisoles, andosoles y fluvisoles. Corresponden a los cambisoles aquellos suelos de sedimentos piroclásticos translocados, con frecuencia con horizontes duripan ó tepetate. Estos se encuentran en las partes altas, en la parte oeste y suroeste del municipio y corresponden a las partes boscosas del mismo y según la descripción de los productores, es suelo de coloración de negro a café muy oscuro, de tierra medio chiclosa o arcillosa, con bastante materia orgánica, y no muy profundos. En los suelos donde ha sido desplazado el bosque y se han habilitado para cultivos, es frecuente ver suelos delgados de unos 20 cm. De profundidad, con coloraciones mas claras debido a la perdida de suelo y de la materia orgánica. Los suelos andosoles, se distinguen por constituir sedimentos piroplásticos, por lo general bien desarrollados, de profundidad media muy sueltos, los cuales se les puede encontrar en las laderas de altura media del municipio, su coloración va del café claro al amarillo, son mas bien sueltos o arenoso, y fácilmente erosionables. En cuanto a los suelos fluvisoles, comprenden sedimentos aluviales poco desarrollados y profundos, generalmente se encuentran en las partes bajas de las laderas, o a los costados de las barrancas, son profundos, y de coloración café a marrón.
Dentro del municipio se encuentran dos minas de piedra tipo cantera y una de tezontle, las cuales no tienen un aprovechamiento comercial, ni tampoco existe un estudio de su potencial.

Hidrología
Comprendido en la región hidrológica No.18 del río Balsas, la cuenca del río Atoyac que nace a 40 Km. Al norte de la ciudad de Tlaxcala, se llama en sus orígenes río Zahuapan y la número 26, Pánuco que aporta una mínima cantidad de agua ya que la mayoría de sus escurrimientos drenan al oeste, hacia el río Moctezuma, el río Amaxac en su recorrido atraviesa aproximadamente 3.5 Km., en la parte norte del municipio. De los almacenamientos de esta región, la presa Pozuelos con 945,000 metros cúbicos, al oriente del municipio y la presa de San Felipe, con 350,000 metros cúbicos al sur del municipio.

Respecto a los manantiales, existe uno que es de vital importancia para algunas comunidades del municipio y de los municipios colindantes, “Atzompa”, localizado al suroeste del municipio a una distancia de 4200m. de la comunidad de San Felipe Hidalgo. del cual se abastecen de agua potable las comunidades de San Felipe, Lira y Ortega, Tepuente; Santa Isabel y Mazapa del municipio de Calpulalpan, Madero Viejo, y Sanctórum del municipio de Sanctórum.

Flora
La vegetación es propia de los climas fríos o templados, con especies resistentes a las bajas temperaturas como el pino el oyamel, el encino y el enebro, en el primer caso las especies representativas son pino real, pino blanco y ocote, a menudo asociado con encinos.
En el segundo caso la especie dominante es el oyamel (Abies religiosa), contando en su masa forestal con individuos de ahiles, huejote y madroño.
En las áreas perturbadas del bosque, es frecuente encontrar una población abundante de chaquira, la cual muestra fuerte desequilibrio ecológico, instalándose dicha especie como la inicial de la sucesión biológica. En las partes bajas del municipio, se encuentran vestigios de matorral xerófito, con individuos aislados de sabino.

En los límites de las parcelas agrícolas, y en general en las áreas urbanas y suburbanas, se encuentran ejemplares de cedro blanco, tejocote, zapote, capulín, trueno, álamo blanco, casuarina y eucalipto. La zona boscosa del municipio comprende una extensión cercana a las 2880 has. de las cuales 2660 corresponden al régimen de propiedad ejidal y comunal, y el resto al de propiedad privada, y se encuentra comprendida desde la parte noroeste hasta la suroeste del municipio.

En las planicies cuyos suelos tienen menor humedad, se cuenta con plantaciones de maguey agua mielero, nopal, zacatones y jarillas que sirven de retenes para la perdida de suelo agrícola en las laderas.

El uso de este recurso está dirigido principalmente a la explotación de los productos forestales maderable, los cuales se ha registrado a 2008, un volumen de producción de pino de 4095 m3 en rollo, 2,279 m3, de oyamel en rollo que pertenecen a las especies de confieras y 1,019 m3 de encino, en una superficie de 2880 has. distribuidas en los ejidos de San José Nanacamilpa, Lira y Ortega, y San Felipe Hidalgo, los cuales cuentan con autorización de la Semarnat.

En cuanto a la extensión de Bosque, Nanacamilpa comprende un ejido el cual cuenta con una extensión de 1,800 Ha de Bosque, y el Ejido de San Felipe Hgo. con 134 hectáreas y 510 hectareas totales incluendo tierra de labor.

Fauna
En el territorio silvestre del municipio todavía es común encontrar algún tipo de fauna como por ejemplo: la liebre (Lepes californicus), tuza, conejo (Silvilagus floridanus), ratón de campo, codorniz (Cyrtonix montezumae), coyote (Canis latrans), víbora de cascabel (Crotalus sp.), tlacuache (Didelphis marsupialis) y ardilla.

Hay asociaciones de pequeños propietarios, con proyectos para establecer ranchos cinegéticos, con infraestructura turística para tal fin, en la región poniente del municipio con diferentes especies para explotación como venado cola blanca, avestruces, carpas y truchas.