En los 50,9 km2 sobre los que se asienta Val de San Vicente convergen múltiples elementos naturales que conforman todo un mosaico de colores, en los que predominan el azul y dorado de sus playas y el verde de sus prados y bosques. Es una combinación que hace de este lugar un medio de gran interés paisajístico y ecológico, en el que destacan la desembocadura de los ríos Deva y Nansa, que en sus último tramos forman las rías de Tina Mayor y Tina Menor, respectivamente. Entre el curso de ambas se alzan las sierras planas, uno de los elementos característicos de la costa occidental de Cantabria. Se trata de superficies elevadas y llanas, entrecortadas y alineadas entre sí, que proporcionan un peculiar conjunto y representan los niveles más altos de rasas marinas en la región.
Dos elevaciones planicies de este tipo, más desarrolladas en la provincia asturiana, son las sierras planas del Llano, en Pechón, y de la Jerra, en Prellezo, desde las cuales se pueden contemplar bellas panorámicas de estos núcleos con el mar Cantábrico como telón de fondo.
Al norte de dichas sierras se encuentra una plataforma irregular que termina en un recortado acantilado, de una altura aproximada de 40 m, surcado de pequeñas playas. La acción erosiva del agua, unido a los procesos kársticos, han sido los generadores de estos impresionantes cantiles, en los que se distinguen varias puntas, como la del Morro de Prellezo y la de Berellín, la del Fraile, la de África, la de Pechón y la de la Vigía de la Garita, entre otras.
En la costa también se localizan ensenadas, que ocasionalmente se desarrollan hacia el interior en vallejos y pequeñas gargantas, como la de Job o la cala de Progendo, y algunos islotes próximos, como la isla de Sarnosa o de las Lastras de Pechón. Ambas se encuentran en el ámbito correspondiente a esta última localidad.
La primera también es conocida por los oriundos como El Castro los Carneros, mientras que a la segunda, ubicada frente a la playa de Amió, se la denomina El Castril y es un tómbolo –unido a la playa en la bajamar pero aislado en la pleamar– que tiene gran interés geomorfológico por la escasa representación de estas formaciones en el litoral cántabro.
El paisaje del municipio se transforma cuanto más al sur, pues la influencia del mar se atenúa, imponiéndose la presencia de la montaña baja. En general, presenta un relieve de suaves ondulaciones, que en contadas ocasiones sobrepasan levemente los 300 m. Destaca el pico de los Moros (358 m), en su franja más occidental, o el monte Cabana (353 m), en su extremo más suroriental. Val de San Vicente está incluido en el área correspondiente al Parque Natural de Oyambre, un espacio natural costero, de más de 5.700 ha, que engloba uno de los sectores más variados y valiosos, así como mejor conservados, de todo el litoral cantábrico, y que sobresale por su gran riqueza ornitológica.
Ríos. Desde el punto de vista fluvial destacan las rías de Tina Mayor y Tina Menor, ricos ecosistemas marinos de marisma, cuyo origen se establece en el Cuaternario. La primera constituye la desembocadura del río Deva, siendo también el límite entre Cantabria y Asturias. Este estuario encuentra su salida al mar entre las accidentadas laderas de las sierras planas. Sus características son muy similares a las de la cercana ría de Tina Menor, a través de la cual se funde con el mar el río Nansa tras atravesar las laderas de las sierras planas de Pechón y Prellezo. En ambos casos, por tanto, constituyen la meta final del curso de dos de los ríos más destacados de Cantabria. Ambos son famosos por su gran riqueza piscícola en especies de agua dulce, como la trucha o el piscardo, y de aguas saladas, como el salmón y la anguila.