Bulgaristan'ın başlıca su yollarından biri olan Meriç Nehri, Pazarcık'ın güney ucundan geçmektedir .

Pazarcık civarında, nehrin sol kollarından ikisi Sredna Gora'dan doğan ve Pazarcık Ovası'nın önemli bir bölümünü boşaltan Meriç Nehri'ne dökülmektedir; şehrin 2 km batısında Topolnitsa Nehri, 8 km doğusunda ise Luda Yana Nehri akmaktadır .

Türk hakimiyeti döneminde Topolnitsa Nehri'nin şehrin içinden kolları vardı. Ardından, bugün hala şehrin içinden geçen Paşa-Ark sulama kanalı oluşturuldu.

Bölgedeki nehirler yağmur-kar beslenme rejimine sahiptir, yani ana su kaynakları yağmur suları tarafından oluşturulur ve eriyen kar suları ikincil öneme sahiptir, bu da tam su kaynaklarının yoğun yağış ve yoğun kar erimesi dönemlerinde olmasına neden olur. Bunlar esas olarak Mayıs - Haziran ( çok miktarda yağış düşer ve Meriç Nehri'nin doğduğu Rila'nın en yüksek kesimlerinde karlar erir) ve Kasım - Aralık (tekrar büyük miktarda yağış düşer) aylarıdır.

Bölgedeki taşkın yatağı nehir terasları yeraltı suları bakımından zengindir.

Şehrin iklimi, ılıman karasal iklim ile Akdeniz iklimi arasında geçiş iklimidir. Sıcak ve neredeyse kurak yazlar, nemli ve orta derecede soğuk kışlar ile karakterizedir. Yıllık ortalama hava sıcaklığı 12,5 C'dir. En sıcak aylar, aylık ortalama sıcaklığın 23-24 C olduğu Temmuz ve Ağustos ayları, en soğuk aylar ise aylık ortalama sıcaklığın 1-2 C olduğu Ocak ve Şubat aylarıdır. Sıcaklığın 32 C'nin üzerinde olduğu gün sayısı yılda yaklaşık 35'tir.

Pazarcık şehrinde ölçülen mutlak minimum sıcaklık – 29,5 C'dir.

Yıllık yağış miktarı yaklaşık 500 mm olup, Pazarcık, Bulgaristan'ın en kurak şehirleri arasında yer almaktadır. Yağışlarda iki maksimum ve iki minimum değer görülmektedir: Sırasıyla Mayıs - Haziran; Kasım - Aralık ve Şubat - Mart; Ağustos - Eylül. Yağışın en yüksek olduğu dönemlerde, bazen 120 mm'nin üzerinde sağanak yağışlar görülmekte ve buna dolu, sis, don vb. gibi olumsuz iklim olayları eşlik etmektedir. Yağışın en düşük olduğu aylarda ise 30 mm'nin altına düşerek, uzun süreli sıcaklarla birlikte kalıcı kuraklıklara neden olmaktadır.

Pazarcık'ın ovada yer alması ve dağ sıralarıyla çevrili olması nedeniyle, bölgedeki rüzgarlar zayıftır. Ortalama yıllık rüzgar hızı yaklaşık 1 m/s'dir. Dağların kuzey yamaçlarından esen ve kışın sıcaklıkları artıran sıcak ve sert Föhn rüzgarı karakteristiktir.

Olumsuz iklim olayları: Yılın soğuk yarısında buna sıcaklık inversiyonu denir ve soğuk Arktik havası ülkeyi istila ettiğinde meydana gelir ve ovalarda ve vadilerde sıcaklık -20 C'ye kadar düşebilir. Aralık ayında sis tipiktir. Yaz mevsimi için olumsuz bir olay, kuvvetli rüzgarlar, dolu ve gök gürültülü fırtınalarla birlikte görülen yaz fırtınalarıdır. Yılın sıcak yarısında Pazarcık'ı etkileyen bir diğer olumsuz iklim olayı ise, sıcaklığı 40 C'nin üzerine çıkarabilen sıcak tropikal havanın eşlik ettiği kuraklıktır. Geçiş mevsimlerinde, erken sonbahar ve geç ilkbahar donları tehlikeli olabilir .

Pazarcık çevresindeki topraklar tarçın ormanıdır. Jeolojik özellikleri bakımından enlemsel-bölgeseldir. Bulgaristan'daki en yaygın toprak türüdür ve ülke toprak örtüsünün %22,5'ini kaplar. Yüksek kil içeriğine sahiptirler ve bu da yoğun bir mekanik bileşime işaret eder. Üzüm bağları, elma, kiraz vb. yetiştirmek için uygundurlar. Alüvyonlu çayır toprakları, bölgedeki nehirler boyunca, özellikle Meriç Nehri ve kollarının taşkın yatağı teraslarında yaygındır. Azonal tiptedirler ve yüksek nem koşullarında oluşurlar. Domates, biber, salatalık, soğan vb. bu topraklarda başarıyla yetişir.

Kent ve çevresindeki bitki örtüsü çoğunlukla meşe, ıhlamur, kavak, kestane, çınar vb. gibi yaprak döken türlerden, daha az sıklıkla da çam ve köknar gibi iğne yapraklı türlerden oluşur. Nehirlerin etrafında ise söğüt, huş, sarmaşık vb. yetişir.

Pazarcık çevresindeki hayvan aleminde Doğu Avrupa faunal kuşağının temsilcileri bulunur: Tilki, çakal, tavşan, sincap, fare, serçe, ağaçkakan, keklik vb.