El municipio está dominado por dos zonas morfológicas:

- Valle aluvial y terraza del Ebro y Jalón
- Margen izquierda del Ebro

La primera es una zona bastante extensa sobre la que se asienta Torres de Berrellén, y la constituyen formaciones recientes (cuaternarias) compuestas por aluviones de los ríos Ebro y Jalón y una amplia terraza formada por el río Ebro que alcanza de 3 a 5 km de anchura y descansa sobre un sustrato yesífero y margoyesífero muy inestable.

Según las unidades litológicas superficiales se dividen en dos grupos: El 1º, materiales formados en el periodo Terciario y durante el mioceno, constituidos por yesos masivos alabastrinos alternando con yesos terrosos, margas yesíferas y margas calcáreas, que se pueden observan en la margen izquierda del Ebro formando farallones rocosos en relieves bastante abruptos. Estas formaciones terciarias son estables en conjunto, dado que los materiales yesíferos se encuentran muy compactados; no obstante la intercalación de tramos margosos más blandos, y gracias también al diaclasado de dichos yesos, pueden presentarse desprendimientos a causa de erosión diferencial. Es destacable la presencia de formaciones de sales (halita principalmente), más representadas en el municipio vecino de Remolinos, pero también en Torres de Berrellén.

El clima de Torres de Berrellén es continental, con marcados contrastes térmicos y escasez de lluvias. Se clasifica como árido

Los obstáculos montañosos que cercan la depresión del valle del Ebro funcionan como pantallas que encauzan la dirección de los vientos, encañonándolos y aumentando su velocidad, y aíslan la región de los efectos benéficos de los frentes lluviosos. Las lluvias son escasas, hasta el punto de constituir uno de los enclaves menos lluviosos de la Península Ibérica. Su gran irregularidad y su concentración en los equinoccios califican su régimen como mediterráneo continental, pues tanto los inviernos como los veranos, además de las sequías estacionales, tienen que soportar temperaturas extremadas.
Como una de las características más saliente del clima en el valle medio del Ebro es su irregularidad, la percepción fisiológica del tiempo es poco confortable, pues si ya de por sí las temperaturas extremas y los vientos producen un temple poco agradable, la brusquedad de sus cambios no ayuda nada a mejorar la sensación de incomodidad.
En invierno, la cuenca del Ebro suele quedar en el borde meridional del anticiclón frío de Europa, predominando las nieblas o heladas según sea el aire húmedo o seco. La primavera es corta, llegando enseguida el calor y la inestabilidad tormentosa. El verano queda bajo los efectos del anticiclón subtropical de las Azores. En otoño se acusa la inestabilidad atmosférica, suelen llegar los temporales de lluvia y empieza a prodigarse el cierzo. Estadísticamente, tanto el invierno, 121 días/t<10º, como el verano, 150/t>17º, son muy largos, siendo cortos la primavera, 57 días/10º<t<17º, y el otoño, 37 días / 17º>t>10º.

Vientos

Entre los vientos, el dominante es el "cierzo", un viento frío, seco y racheado del NW; sopla en cualquier época del años, siendo muy turbulento en invierno y primavera. Su presencia suelo darse por término medio en un 56% de los días del año. Las rachas máximas registradas oscilan entre 100 y 130 km/h, aunque lo normal es que no sobrepase los 35 km/h. El cierzo es típicamente un viento fuerte, frío y seco, que suele acompañarse de cielos despejados o casi despejados, con nubes medias o altas. Aunque procede del Cantábrico, ha dejado normalmente su humedad en las sierras vasco-navarras, por lo que no suele ser un viento que aporte lluvias a la zona. En otoño y en invierno el cierzo es francamente frío y molesto. En verano es más bien fresco y da algunas veces respiro en medio de los agobiantes estíos de la cuenca.
Otro viento es el Bochorno. Es de componente sur, que sopla normalmente del SE y que remonta el valle del Ebro, con procedencia del Mediterráneo. Se presenta a lo largo del año con una frecuencia de un 14% y es un viento de condición templada y húmeda en el invierno y en la primavera y muy seca en el verano, pues en esta época su foco de origen se encuentra con frecuencia en el Sáhara. Produce entonces una sensación desagradable de calor agobiante. No rebasa los 20 km/h normalmente.

Precipitaciones

El valle medio del Ebro está de espaldas a los temporales atlánticos, a la sombra de las montañas que lo circundan. Los únicos temporales de lluvia de importancia son de procedencia mediterránea, con vientos moderados o flojos del SE. La irregularidad de las precipitaciones es muy grande, en años secos puede se menor de los 200 mm. El valor medio anual de las precipitaciones es de 314 mm, siendo más usuales en los equinoccios de primavera y otoño, 31% y 29% respectivamente; en verano un 19% y en invierno un 21%. Los períodos de sequía están representados por julio-agosto con un 10% de la precipitación anual y enero-febrero, con un 12%.
La precipitación horizontal, rocíos y escarchas, puede tener alguna incidencia apreciable en los meses invernales en que la humedad relativa del aire alcanza, en enero, el 90% a las siete horas y el 75% a las trece horas. Pero a causa de las bajas temperaturas invernales es un aporte de humedad poco aprovechable por la vegetación. En el mes de julio estas cifras bajan hasta el 60% a las siete horas y el 35% a las trece horas.
La nieve es escasa a causa de la reducida altitud, entre 0 y 2 días por año, no presentándose a veces más que en las zonas más elevadas y muelas

Temperaturas

El carácter continental del clima queda, además de por la precipitación, también puesto de manifiesto por su régimen de temeperaturas. Sus extremos estacionales son amplios, pero también las oscilaciones diarias son grandes como es característico de esta clase de climas. Sobre este fondo continental se superpone una cierta influencia mediterránea, originando bruscos cambios de tiempo que afectan sobre todo a las estaciones intermedias, lo que permite afirmar que sólo el verano y el invierno son estaciones bien establecidas y prolongadas, resultando la primavera y el otoño mucho más variables.
La temperatura media anual es de 14-16ºC
La temperatura media del mes más cálido 22-24ºC
La temperatura media de las máximas del mes más cálido 30-32ºC
La temperatura máxima absoluta 42ºC
La temperatura media del mes más frío 5-6ºC
La temperatura media de las mínimas del mes más frío 0-2ºC
La temperatura mínima absoluta -16ºC
La oscilación media diaria en diciembre-enero 3-5ºC
En el verano la cuenca del Ebro, y por lo tanto Torres de Berrellén, suele estar afectada por olas de calor originadas por un flujo de aire cálido y seco, procedente de las regiones subtropicales o del Sáhara, que es empujado por los vientos del sur asociados al anticiclón de Las Azores. Durante estas olas las temperaturas alcanzan valores de 40ºC., el aire se encalma, se caliente y su contenido en humedad es muy pobre, produciendo una intensa evaporación y quemando las hojas de las plantas. Suele desembocar en tormentas.
Cuando durante el invierno, el anticiclón peninsular coincide con una singular circunstancia por todo el continente europeo, suelen llegar a la cuenca de Ebro masas de aire polar procedentes del norte que se estancan en el fondo de la depresión formando un verdadero embalse de aire frío, con una situación de vientos en calma y cielos despejados, que pueden prolongarse durante varios días y que se presentan normalmente en los meses de enero y febrero, aunque a veces pueden llegar hasta marzo. Son las heladas blancas y durante el día suele elevarse lo suficiente la temperatura para que desaparezca su efecto Cuando concurren las nieblas con las bajas temperaturas, la radiación solar no llega hasta el suelo, las máximas diurnas se mantienen muy bajas y los efectos de la helada son más profundos y dañinos para la vegetación, constituyendo lo que se llaman heladas negras.

Nieblas

Las nieblas son un fenómeno bastante característico de la zona y está originado por bancos de nubes estratiformes, pegadas al suelo, en situaciones de atmósfera estable, con inversión de la temperatura y enfriamiento de las bajas capas del aire. Pueden producirse por irradiación y enfriamiento de la masa de aire próxima al suelo y la consiguiente condensación de vapor, en noches claras con cielo despejado y viento encalmado, de tiempo anticiclónico. en la huerta se refuerzan por la humedad del río, de la propia huerta y de los regadíos. Las nieblas son abundantes entre noviembre y enero, por debajo de 200-300 metros.