เทือกเขาสำคัญในภาคเหนือเทือกเขาแดนลาว เริ่มจากตอนใต้ของจีน ทอดตัวเป็นแนวยาวเข้าสู่ชายแดนไทย รวมความยาวทั้งสิ้นประมาณ 1,330 กิโลเมตรเฉพาะส่วนที่เป็นพรมแดนระหว่างไทยกับพม่าในเขตจังหวัดเชียงราย เชียงใหม่ และแม่ฮ่องสอน มีความยาวประมาณ 120 กิโลเมตร ยอดเขาที่สูงที่สุดของเทือกเขาแดนลาว คือ ดอยผ้าห่มปก มีความสูง 2,253 เมตร อยู่ในเขตพื้นที่อำเภอแม่อาย จังหวัดเชียงใหม่ แม่น้ำสำคัญที่ถือกำเนิดจากเทือกเขาแดนลาว ได้แก่ แม่แตง ฝาง ฯลฯ
2.เทือกเขาถนนธงชัย เป็นแนวเทือกเขาทางด้านตะวันตกของภาคเหนือ เริ่มจากจุที่บรรจบกับเทือกเขาแดนลาว ทอดตัวเป็นแนวยาวมาทางตอนล่างของภาค แบ่งออกเป็น 3 แนว ได้แก่
ถนนธงชัยตะวันตก เป็นแนวพรมแดนธรรมชาติระหว่างไทยกับพม่า ตั้งแต่อำเภอแม่สะเรียง จังหวัดแม่ฮ่องสอน จนถึงอำเภอท่าสองยาง จังหวัดตาก รวมความยาว 305 กิโลเมตร
ถนนธงชัยกลาง เริ่มจากจังหวัดแม่ฮ่องสอน จังหวัดตาก ผ่านมาถึงพื้นที่ระหว่างแม่น้ำแควน้อยกับแควใหญ่ และไปบรรจบกับเทือกเขาตะนาวศรีในเขตอำเภอเมือง กาญจนบุรี รวมความยาวประมาณ 880 กิโลเมตร
ถนนธงชัยตะวันออก ตั้งอยู่ระหว่างแม่น้ำแจ่มกับแม่น้ำปิง ส่วนใหญ่อยู่ในเขตพื้นที่จังหวัดเชียงใหม่ รวมความยาวประมาณ 225 กิโลเมตร มียอดเขาสูง ๆ ซึ่งอยู่ห่างจากตัวเมืองเชียงใหม่ไม่มากนัก ได้แก่ ดอยอินทนนท์ ดอยผ้าขาว และดอยสุเทพ
ยอดเขาที่สูงที่สุดของเทือกเขาถนนธงชัย คือ ดอยอินทนนท์ (ดอยอ่างกาหลวง) มีความสูง 2,565 อยู่ในเขตพื้นที่อำเภอจอมทอง จังหวัดเชียงใหม่ ซึ่งเป็นภูเขาที่มีความสูงที่สุดในประเทศไทย
เทือกเขาถนนธงชัยทั้ง 3 แนว ให้กำเนิดแม่น้ำหลายสาย เช่น แม่น้ำปาย ยวม เมย ตื่น แจ่ม
3.เทือกเขาผีปันน้ำ เป็นเทือกเขาที่ครอบคลุมพื้นที่ตอนกลางของภาคเหนือทั้งหมดประกอบด้วยเทือกเขา 3 แนว ได้แก่ เทือกเขาผีปันน้ำตะวันตก ผีปันน้ำกลาง และผีปันน้ำตะวันออก รวมความยาวทั้งหมด 412 กิโลเมตร
เทือกเขาผีปันน้ำตะวันตก ยอดเขาที่สำคัญคือ ดอยผาโจ้ สูง 2,012 เมตร และดอยขุนตาล สูง 1,348 เมตร ในเขตจังหวัดลำปาง
เทือกเขาผีปันน้ำกลาง ยอดเขาส่วนใหญ่มีความสูงไม่มากนัก
เทือกเขาผีปันน้ำตะวันออก ยอดเขาที่สำคัญ คือ ดอยเปช้าง สูง 1.084 เมตร ในเขตอำเภอเมืองแพร่
4.เทือกเขาหลวงพระบาง อยู่ทางด้านตะวันออกของภาคเหนือ กั้นพรมแดนธรรมชาติ ระหว่างไทยกับลาว ตั้งแต่อำเภอเชียงของ จังหวัดเชียงราย และจังหวัดน่าน อุตรดิตถ์ จนถึงอำเภอชาติตระการ จังหวัดพิษณุโลก รวมความยาว 590 กิโลเมตร
เทือกเขาหลวงพระบาง เป็นต้นกำเนิดของแม่น้ำลำธารเล็ก ๆ หลายสาย ซึ่งไหลลงสู่แม่น้ำโขง และแม่น้ำน่าน
ยอดเขาสูงที่สำคัญ ได้แก่ ภูเมียง สูงประมาณ 2,300 เมตร ในเขตพื้นที่จังหวัดอุตรดิตถ์ และดอยโล สูง 2,077 เมตร ในเขตจังหวัดน่าน แม่น้ำที่เกิดจากเทือกเขาหลวงพระบาง ได้แก่ แม่น้ำวัว แม่น้ำปาด ฯลฯ
