Son islas montañosas; Santo Tomé alcanza una altitud de 2024 m s. n. m., Príncipe, 948 m s. n. m. y Annobón, 695 m s. n. m. La vegetación natural de estas islas consistía en selva húmeda de tierras bajas, que se hacía más seca en las zonas menos expuestas a los vientos dominantes.

Destacan las rubiáceas, las euforbiáceas y las orquídeas, además de las begonias, entre las que se encuentran algunos ejemplos de gigantismo insular, como Begonia crateris y Begonia baccata Las aves endémicas son numerosas: Entre los escasos mamíferos indígenas hay tres especies endémicas: la musaraña de Santo Tomé (Crocidura thomensis) y dos murciélagos, Myonycteris brachycephala, el único mamífero con fórmula dental asimétrica, y Chaerephon tomensis, descubierto a finales del siglo XX.

De las 24 especies de reptiles presentes, sólo 6 no son endémicas, y es posible que hayan sido introducidas por el hombre.

Se estima que sólo quedan 240 km² de selva primaria en Santo Tomé, y 40 km² en Príncipe, aunque en grandes áreas se está regenerando selva secundaria.

En Santo Tomé y Príncipe se encuentra el parque nacional de Ôbo.