Zgodnie z podziałem fizyczno-geograficznym J. Kondrackiego omawiany teren należy do prowincji Wyżyna Małopolska, podprowincji Wyżyna Środkowo – Małopolska, makroregionu Wyżyna Kielecko – Sandomierska, mezoregionu Płaskowyż Suchedniowski. Gmina Pawłów obejmuje środkową część Płaskowyżu Suchedniowskiego, granicząc na północy z mezoregionem Garb Gielniowski, na południu z mezoregionem Góry Świętokrzyskie.

W morfologii tego terenu dominują tereny wyniesione. Tereny obniżone ograniczają się w zasadzie do doliny Świśliny, która przecina obszar gminy z zachodu na wschód i jej dopływów. Najwyższe kulminacje znajdują się na południu i wynoszą 336,0 m n.p.m. w rejonie Łomna Parcele i 281,3 m n.p.m. w północno zachodniej części gminy. Najniższe punkty obszaru gminy znajdują się w dolinie  Świśliny  między Pawłowem i Rzepinem Drugim  i w rejonie zalewu Wióry.
W rzeźbie terenu wyróżnia się gęsta sieć dolin i dolinek.     

Temperatura powietrza – średnia roczna temperatura powietrza wynosi 7,0 º C (stacja Bodzentyn). Średnia ilość dni gorących w roku wynosi od 30 do 40, natomiast dni z mrozem około 45, w tym dni bardzo mroźnych około 25. Najcieplejszym miesiącem jest lipiec i sierpień 17,6*C, a najchłodniejszymi styczeń i luty –3,7*C. Okres wegetacyjny trwa od kwietnia do listopada przez 200 do 210 dni.

Opady – średnia roczna suma opadów przekracza 519,5 mm (stacjaWaśniów), . Najwyższe opady notuje się w czerwcu (100 mm), lipcu (99 mm) i sierpniu (73 mm), najniższe zaś w lutym (27 mm), listopadzie (31 mm) i styczniu (32 mm).

Pokrywa śnieżna – ilość dni z pokrywą śnieżną waha się w granicach 42 – 70 dni przy średniej grubości pokrywy wynoszącej 8,9 – 11,4 cm

Wiatry – przeważają wiatry z kierunków zachodnich (z zachodu 17,8 % i południowego – zachodu 11,4 %). Z kierunku wschodniego wieje 12,4 % rocznej sumy, a z północy 11,4 %. Wiatry o dużych prędkościach (powyżej 10 – 15 m/s) występują w okresie zimy, wiosny i późnej jesieni, łącznie około 20 dni w roku. Najczęściej jednak wieją wiatry o niewielkich prędkościach, tj. poniżej 4,0 m/s.

Wody powierzchniowe

Hydrografia

Gmina Pawłów znajduje się w obrębie zlewni Wisły (I – go rzędu), zlewni Kamiennej (II – go rzędu) oraz do zlewni dopływów Kamiennej Świślina  (zlewnia III – go rzędu)  z jej dopływami Pokrzywianka (zlewnia  IV-go rzędu)

Stan czystości rzek

W roku 2008 monitoring jakości wód powierzchniowych prowadzony był zgodnie Programem monitoringu środowiska województwa świętokrzyskiego na lata 2007-2009” zaakceptowanym do realizacji przez Wojewodę Świętokrzyskiego i zatwierdzonym przez Głównego Inspektora Ochrony Środowiska.

Program badawczy obejmował kontrolę jakości wód w 34 punktach pomiarowo-kontrolnych, zlokalizowanych w 33 jednolitych częściach wód powierzchniowych (JCWP) województwa, zgodnie z określonym zakresem i częstotliwością badań.

Badane rzeki w gminie Pawłów to: Świślina i Pokrzywianka.

Badania realizowane były w zakresie monitoringu diagnostycznego i operacyjnego, poszerzonego o wskaźniki do oceny wód zanieczyszczonych związkami azotu ze źródeł rolniczych i zagrożonych eutrofizacją oraz w wybranych punktach - do oceny wód przeznaczonych do bytowania ryb i wód powierzchniowych wykorzystywanych do zaopatrzenia ludności w wodę do spożycia.

Pobór prób do badań i oznaczenia analityczne wykonywało Laboratorium Wojewódzkiego Inspektoratu Ochrony Środowiska posiadające Certyfikat Akredytacji Laboratorium Badawczego nr AB 106.

Wstępną ocenę jakości wód powierzchniowych za rok 2008 w odniesieniu do JCWP wykonano na podstawie nowego rozporządzenia Ministra Środowiska z dnia 20 sierpnia 2008 roku w sprawie sposobu klasyfikacji stanu jednolitych części wód powierzchniowych (Dz. U. Nr 162, poz.1008).

Stan wód w JCWP ocenia się porównując wyniki klasyfikacji stanu ekologicznego bądź w silnie zmienionych JCWP- potencjału ekologicznego z wynikami klasyfikacji stanu chemicznego, a o ocenie decyduje gorszy ze stanów.

Dobry stan wód oznacza, że jakość i ilość tych wód odbiega w niewielkim stopniu od stanu naturalnego, niezakłóconego przez człowieka.

Zły stan wód oznacza, że zostały poważnie zmienione warunki naturalne i nie występują typowe dla danego rodzaju wód gatunki flory i fauny.

Umiarkowany stan/potencjał ekologiczny (III klasy) odnotowano w gminie Pawłów na  Pokrzywiance.  Stan chemiczny oceniono na podstawie badanych substancji priorytetowych oraz innych substancji zanieczyszczających (elementy chemiczne) z których tylko Pokrzywianka  osiągnęła dobry stan chemiczny.

Zbiorniki wodne 

Obecnie na terenie gminy istnieje 1 zbiornik wodny w sołectwie Kałków o nazwie Wióry. Celem zbiornika jest ochrona przed powodzią i wyrównanie przepływów poniżej zbiornika oraz wykorzystanie energetyczne. Stąd wynika podział zbiornika na trzy części składowe tj. użytkową i przeciwpowodziową oraz pojemność martwą. Pojemność martwa przyjęta dla zbiornika Wióry jest stosunkowo duża, wynosi około 43% pojemności zbiornika, a to z uwagi na potrzebę przyjęcia znacznej ilości prowadzonego przez rzekę rumowiska, głównie unoszonego, jak również z przypuszczalnych obrywów i materiału pochodzącego z procesów erozyjnych jakie mogą nastąpić na stokach terenów bezpośrednio otaczających czaszę zbiornika. W zakresie pojemności powodziowej, zbiornik napełnia się okresowo w czasie wezbrań powodziowych wiosennych lub letnich. Statystycznie rzecz biorąc są to okresy krótkotrwałe rzędu 2-3 dni, pojawiające się w miesiącach II -IV i VI-VII, raz lub dwa razy w roku.

Po przejściu powodzi zbiornik zostaje opróżniony do rzędnej NPP=208,9 m npm, spracowując warstwę użytkową h = 0,4 m przepływem dozwolonym z wykorzystaniem energetycznym.

Wody podziemne

Na obszarze gminy wody podziemne występują w  zbiornikach: dewońskim, triasowym i czwartorzędowym.

Dewoński poziom wodonośny - wykształcony w formie wapieni  i piaskowców

Triasowy poziom wodonośny – wodonoścem są tu głównie piaskowcowe utwory triasu dolnego wykształcone w postaci czerwonych, płytowych piaskowców drobnoziarnistych przechodzących facjalnie w mułowce i iłowce.

Czwartorzędowy poziom wodonośny – ma nie wielkie znaczenie, są to przede wszystkim źródła a w dolinach studnie kopane.

• środkowo zachodniej części gminy występuje fragment Głównego Zbiornika Wód Podziemnych nr 419 – Bodzentyn związany z utworami dewonu  Występują w nim wody szczelinowo – krasowe. Szacowane zasoby GZWP nr 419 to ok. 12 tyś m3/d przy średniej głębokości ujęć 100 m, objęty najwyższą ochroną wód (ONO) z możliwością budowy dużych ujęć > 10 000 m3/d, z wysokiej jakości wodą pitną. 
• strefa użytkowych zbiorników wód podziemnych (UZWP) związanych z dolno – triasowymi piaskowcami, w których występują wody porowo – szczelinowe. Istnieje możliwość wykorzystania tych wód do zaopatrzenia zbiorowego.

Wody podziemne GZWP nr 419 i UZWP są narażone na przedostawanie się zanieczyszczeń z powierzchni terenu, gdyż na obszarach ich występowania brak jest naturalnej izolacji z gruntów spoistych (glin, iłów) lub ta izolacja ma małą miąższość i nie zabezpiecza w dostatecznym stopniu przed przenikaniem zanieczyszczeń. Dodatkowym czynnikiem zwiększającym możliwość migracji jest występowanie uskoków i krasu.

Zasilanie warstw wodonośnych odbywa się przez infiltrację opadów atmosferycznych.
Jest ono bezpośrednie na ich wychodniach lub pośrednie poprzez nieciągły nadkład osadów czwartorzędowych o miąższości od kilku do około 20m.

Na terenie gminy Pawłów ujęcia wód podziemnych znajdują się w:

• Bronkowicach  -zatwierdzone zasoby 65 m3/h przy depresji 10,5 m
• Szerzawach – zatwierdzone zasoby  50 m3/h przy depresji 6,0 m
• Świślinie - zatwierdzone zasoby 20 m3/h
• Ambrożów - zatwierdzone zasoby- 39m3/h przy depresji 16,6 m

Ochrona jakości wód
   
Zgodnie z postanowieniami Ustawy z dnia 27 kwietnia 2001r. „Prawo ochrony środowiska” (t.j. Dz. U. 2008 nr 25 poz. 150 z póż. zm.) art. 98 wody podziemne i ich obszary zasilania podlegają ochronie polegającej w szczególności na zmniejszeniu ryzyka zanieczyszczenia tych wód poprzez ograniczenie oddziaływania na obszary ich zasilania oraz na utrzymaniu równowagi zasobów tych wód. Dla realizacji tych celów, zgodnie z Ustawą z dnia 18 lipca 2001r. „Prawo wodne”, (Dz. U. 2005 nr 239 poz. 2019) art.51, mogą być ustanawiane strefy ochronne ujęć i zbiorników wód podziemnych oraz obszary ochronne zbiorników wód śródlądowych.
Ponieważ istniejące ujęcia dostarczające wodę na terenie gminy Pawłów nie posiadają dobrej izolacji od powierzchni dla trzech ujęć  podstawowych w Szerzawach, Bronkowicach i Ambrożowie wyznaczono już strefy pośrednie ochrony ujęcia. Dwie z nich Szerzawy i  Ambrożów są już zatwierdzone, a Bronkowice w trakcie zatwierdzania przez Regionalny Zarząd Gospodarki Wodnej w Warszawie

Na terenie gminy Pawłów ponad 51% terenów przeznaczonych pod uprawy rolne zajmują lessy są to grunty klas od I - IIIa , około  49%  to grunty klasy IIIb- VI. Według WIOS Kielce, grunty na terenie gminy Pawłów to gleby kwaśne od do 41-60 % .

Według badań WIOŚ w Kielcach w roku 2006  wyniki badań gleb w rejonie Starachowic nie wykazują przekroczeń stężeń metali na poziomie  wartości dopuszczalnych.

Na terenie gminy Pawłów (dane z urzędu Marszałkowskiego  w Kielcach) nie ma udokumentowanych złóż surowców skalnych występują utwory dewońskie, piaskowce triasowe oraz piaski czwartorzędowe. Na terenie gminy nie ma żadnego czynnego kamieniołomu, ani miejsc wydobywania piasku. Przed rozpoczęciem budowy zbiornika „Wióry” w 1982 było prowadzone tzw. ”Rozpoznanie najbliższego rejonu w celu dostarczenia na plac budowy materiału z najbliższej okolicy” i wówczas wykonano rozpoznanie geologiczne w 5 miejscach w miejscowości Rzepin Drugi  w celu ewentualnej eksploatacji piaskowców oraz 1 raz w miejscowości Boleszyn gm. Waśniów  dotyczące złóż piasku. Z tego zostały wykonane sprawozdania i orzeczenia, ale one nie stanowią dokumentacji złożowej.  

Dokładny rejestr tych punktów zawarte są w dokumentacji opracowanej przez Przedsiębiorstwo Geologiczne Kielce pt. Inwentaryzacja złóż kopalin i ujęć wód podziemnych z uwzględnieniem ochrony środowiska na terenie gminy Pawłów.

Koncesje na poszukiwanie, rozpoznawanie i wydobywanie kopalin wydają Starosta Starachowicki, Wojewoda Świętokrzyski i Minister Środowiska.