據地質調查資料表明，茅臺鎮主要為侏羅白堊系紫色沙頁巖、礫巖，形成于7000萬年以前，受海拔高度和巖石風化后成土母質的影響，茅臺地區紫紅色土廣泛發育，這種土壤礫石和沙質土體含量高、滲水性好，地下水、地表水通過紅壤層時，對人體有益的礦物質、多種微量元素被溶解，經過層層滲透，過濾出純凈、清亮甘冽、香甜可口的清泉水，最終匯入了茅臺酒釀造所依托的赤水河。
“水為酒之血”，赤水河是中國版圖上最為香醇的一條河流，富含多種有益于人體健康的礦物質和微量元素。與很多江河不同，赤水河的顏色因季節而變化。端午節至重陽節，雨季來臨，大量紫紅色土入水，河水呈赤紅色，而重陽節至翌年端午節之間，雨量驟減，河水又恢復清澈透明。這為茅臺人千百年來的釀酒活動提供了時間表，根據赤水河水自然變化規律來釀酒，即重陽采水、造沙潤糧，將自然的密碼通過節令的遵從而傳遞到每一滴茅臺酒中，使得茅臺酒的釀造工藝也因此順應茅臺鎮自然地理環境的產物，并閃耀著中國傳統文化“道法自然”、“天人合一”的思想光澤。
茅臺鎮地處赤水河谷地帶，地勢低凹，形成了特殊的小氣候：冬暖、夏熱、少雨，年平均溫度17.4℃，夏季最高溫度達40℃，炎熱季節達半年之久。冬季無霜期長，溫差小，年均無霜期多達326天，年降雨量800~1000毫米。日照豐富，日照時間屬貴州省內高值區，年可達1400小時。
這種特殊的小氣候為茅臺酒的釀制造就了一個氣溫較高、風微雨少、微生物易生殖而不易失散的外部“世界”，加之釀酒活動在茅臺地區數千年傳承不息，使得空氣中的微生物群得到了長期、穩定的繁衍、生長，這些生生不息的微生物精靈，大量參與到茅臺酒的釀造過程中，對茅臺神奇品質的孕育起到了極為獨特的作用。茅臺酒的主體香——醬香的形成，正與這自然生態圈中特殊的微生物群落息息相關。
