Das Nahetal trennt den Soonwald und das Nordpfälzer Bergland scharf voneinander ab. Der Flussslauf lässt sich je nach Fließgefälle und Talbreite in verschiedene Teilabschnitte untergliedern. Der westlichste Teilabschnitt stellt das Kirner Tal als tief eingeschnittene gefällereiche Einheit dar, mit schmaler und ausgeprägter Sohle in Konglomeraten und Sandsteinen des Rotliegenden. Die Felshänge und natürlichen Schutthalden treten bis hart an den Fluss heran. Der mittlere Talabschnitt wird von der Sobernheimer Talweitung gebildet, durch weichere Schichten der Konglomerate und Sandstein entstand eine breite und tiefe Austalung, welche in Klima und Böden dem Rheinhessischen Hügelland enspricht und somit dessen Gunstlage weit in das Gebirge nach Westen hineinreicht. Auf den lössbedeckten Hängen und lehmigen Terassen wird Wein- und Ackerbau betrieben, tiefere Terassenebenen mit Alluvialböden werden von Auwäldern und Grünland geprägt. Vor der Mündung der Nahe in die Niederung passiert der Fluss auf etwa 15 km Länge das Nahe-Alsenz-Felsental, ein Durchbruchstal mit bis zu 200 m hohen, steilen Flanken. Während die Talsohlen mit schmalen und überschwemmungsgefährdeten Auen bedeckt sind, zeichnen sich die teilweise freien Felswände durch ihr trocken-warmes Kleinklima mit seltener Steppenheidenvegetation aus. An den Schutthängen befindet sich Eichenniederwald. Bis zur Nahemündung in den Rhein bei Bingen durchfließt der Fluss eine 1,5 bis 5 km breite Niederung, auf deren unterer Terrasse sich Grünland oder Auwaldreste, auf den höher gelegenen Terrassen Acker- und Weinbauflächen befinden.
Besonders auf den nach Süden und Westen exponierten Hängen des Nahetals mit fruchtbarem Boden findet intensiver Weinbau statt, während die Schattenhänge oft bewaldet sind.
Auf den unteren und mittleren Abschnitten des Nahetals bildet sich ein eng verzahntes Mosaik von xerothermen Trockenbiotopen aus, welche von bundesweiter Bedeutung sind und im EU-Vogelschutzgebiet "Nahetal" und einigen FFH-Gebieten geschützt werden. An den Steilhängen der Nahe und ihrer Seitenbäche sind Biotopkomplexe aus Felsen, Trockenrasen und -gebüschen, Wäldern sowie Weinbergsbrachen entwickelt, die aufgrund ihres Tier- und Pflanzeninventars von herausragender Bedeutung für den Pflanzen- und Biotopschutz sind.