Dada su posición geográfica, la comuna de Tocopilla presenta un relieve constituido por tres unidades morfológicas; una meseta costera muy angosta que se desarrolla de manera interrumpida a lo largo de la línea de costa, inmediatamente hacia el oeste un cordón cordillerano con características de farellón y luego se encuentra la depresión intermedia con un predominio de pampa desértica.
En la comuna de Tocopilla la estructura hídrica presenta dos facetas bien marcadas y que están relacionadas con las cuencas presentes en el territorio comunal. Así en el extremo norte de la comuna se encuentra el río Loa, el cual marca el límite con la vecina Región de Tarapacá, que corresponde a un importante escurrimiento superficial de tipo permanente que nace en el sector cordillerano de Los Andes. Este río forma parte de la única cuenca de tipo exorreica de la región, es decir que desemboca finalmente sus aguas en el mar. 

La Cordillera de la Costa, en forma de los altos cerros, encierran a Tocopilla, llegando en varios puntos hasta el litoral mismo y dejando apenas un pequeño espacio aprovechable donde se ubica la ciudad.