La extensión de la Pampa del Tamarugal varía según las fuentes. Según los Mapas Provinciales Atlas Centenario, abarca aproximadamente 440 km en dirección norte-sur, desde Pisagua hasta Calama. Su superficie es de 18440 km², con una altitud media de 1000 m s. n. m.^[1]​^: 58

El Banco Nacional de Aguas (BNA) la define como cuenca endorreica, delimitada por:

• Norte: cuenca de la quebrada Camiña, incluyendo afluentes como las quebradas de Retamilla y Jazpampa.
• Este: cordón montañoso que la separa de las cabeceras de los ríos Isluga, Cariquima y Cancosa, vinculados al sistema endorreico Titicaca-Desaguadero-Poopó-Salar de Coipasa, y del río Collacagua, perteneciente a la cuenca del salar de Huasco.
• Oeste: cordillera de la Costa, que la divide de las cuencas costeras entre Tilviche y el río Loa, y de cuencas arreicas como la del salar Grande (costero).
• Sur: cuenca del río Loa.

Su morfología corresponde a una meseta con un declive de aproximadamente 4 % en dirección norte-sur y una pendiente de 7 % de este a oeste, medida a la latitud de la desembocadura de la quebrada Juan de Morales.^[1]​^: 58

Los límites geográficos establecidos por Hans Niemeyer son:

• Latitud: 19°6′ S y 21°45′ S.
• Longitud: 68°42′ O y 70°18′ O.

Sin embargo, la Corporación Nacional Forestal de Chile sitúa su extensión entre los 19°33′ S y los 21°50′ S, con una inclinación promedio del 2 % de este a oeste y una altitud media de 1200 m s. n. m.^[2]​^: 29

La Pampa del Tamarugal abarca principalmente las comunas de Huara y Pozo Almonte. En su territorio se encuentran numerosos asentamientos, incluyendo antiguos pueblos y oficinas salitreras distribuidos a lo largo de la llanura. Entre las localidades más relevantes destacan La Tirana, San Lorenzo de Tarapacá, Pozo Almonte, Pica y Quillagua. Además, en la zona se conservan vestigios de oficinas salitreras que fueron parte del auge de la industria del salitre en el siglo XIX y principios del XX..^{[cita requerida]}

La Pampa del Tamarugal es una cuenca hidrográfica endorreica que recibe aportes hídricos tanto de escorrentías superficiales, originadas por lluvias estivales en la cordillera de los Andes, como de aguas subterráneas, su principal fuente de recarga.^[2]​^: 29

La red hidrográfica incluye diversas quebradas que, aunque generalmente secas, pueden activarse durante eventos de precipitación.

Los cuerpos de agua considerados en la categoría Cuenca Pampa del Tamarugal (017) son:

• Acuífero Pampa del Tamarugal
• Salar de Pintados
• Quebrada de Soga
• Quebrada de Aroma • Puchuldiza

• Quebrada Chismisa • Baños de Chismiza
• Quebrada Macurquima

• Quebrada de Quipisca
• Quebrada de Tarapacá • Lagunas Chuncara

• Quebrada Coscaya
• Embalse Pachica

• Quebrada Juan de Morales

• Quebrada de Mamiña

• Quebrada de Chacarilla
• Quebrada de Quisma • Cocha Resbaladero • Cocha Concova • Baños de Las Ánimas
• Quebrada de Chacarilla
• Quebrada de Guatacondo (Ramada) • Baños de Majala

La Corporación Nacional Forestal, (Conaf) cuenta siete ríos como afluentes de la cuenca:^[2]​^: 32

1. Quebrada de Aroma (0172)
2. Quebrada de Tarapacá (0173)
3. Quebrada de Quipisca (0174, Chipisca en la tabla)
4. Quebrada Juan de Morales (0175 o Sagasta o Tambillo)
5. Quebrada de Quisma (0176)
6. Quebrada de Chacarilla (0177 o El Salado)
7. Quebrada de Guatacondo (0178 o Ramada)

A estos cauces la Conaf agrega los afluentes subterráneos provenientes del salar de Huasco.

En el inventario de cuencas de Chile, la quebrada de Guatacondo aparece como perteneciente a la cuenca del río Loa, en la subcuenca 021. Sin embargo, tanto Hans Niemeyer^[1]​^: 78 como la Corporación Nacional Forestal^[2]​^: 2 la enlistan entre los ríos afluentes de la pampa del Tamarugal. Esta confusión fue analizada por Niemeyer en su obra: "Asimismo, en el sur la divisoria de aguas entre esta cuenca y la del Loa no está bien definida y hay autores que piensan que la quebrada de Guatacondo y algunas quebradas menores qua le siguen al sur ya pertenecen a la cuenca del Loa."^[1]​^: 59

El sector más bajo de la cuenca lo constituye el salar de Bellavista (ver salar de Pintados). Toda el agua recargada subterráneamente desciende hacia este salar.^[2]​^: 32

La subdivisión del BNA es como sigue:^[3]​

La disposición de cuencas en el inventario DARH es la siguiente:^[4]​

Además de baños de Las Ánimas, baños de Majala, Cocha Resbaladero y Cocha Concova, Risopatrón menciona una de nombre "Vertiente de Santa Cruz":

Santa Cruz (Vertiente de) 20° 30' 69° 21' Con agua de 29,5° C de temperatura, se halla dentro de un pequeño estanque redondo i produce 4,51 litros por segundo, a 150 m al S de la desembocadura de la galería del mismo nombre, a 1 kilómetro al W de la aldea de Pica. 77, p. 54 i 70; 95, p. 101; 96, p. 72; i 168, p. 38, 42 i 45 i plano; agua termal en 63, p. 101; i manantial en 149, i, p. 145; i termas Baños de Santa Cruz en 68, p. 37.

Otra mención de Risopatrón son:^: 36

Animas (Vertientes de las) 20° 30' 69° 21'. Dan 12,85 litros de agua por segundo i revientan, con 31° C de temperatura, en el centro de un cañaveral, rodeado de terrenos de cultivo, a unos 100 m al E del pueblo de Pica; sus aguas se almacenan en un estanque. 63, p. 101; i 168, p. 43 i plano; i vertiente en 77, p. 70; 95, p. 101; i 96, p. 72; i termas Baños de las Animas en 68, p. 36.

En la quebrada Chismisa se encuentran los baños termales de Chismisa y también en la pampa Lirima se conocen geiseres y aguas termales. Puchuldiza también es conocido por sus baños termales.

El inventario público de glaciares de Chile 2022 consigna 29 glaciares en la cuenca, con un total de 1,98 km² y un volumen de 0,02 km³ de agua almacenada.

El Atlas agroclimático de Chile distingue 8 distritos agroclimáticos en la cuenca:

•      1-2-1 Desierto con influencia marina y régimen de humedad xérico(BWnXe). La temperatura oscila entre un máximo de enero de 28 °C y un mínimo de julio de 7,2 °C. Tiene un promedio de 345 días consecutivos libres de heladas. En el año se registra un promedio de 0 heladas. El período de temperaturas favorables a la actividad vegetativa dura 12 meses. Registra anualmente 2.589 días grado y 71 horas de frío acumuladas hasta el 31 de julio. La precipitación media anual es de 0 mm y un período seco de 12 meses, con un déficit hídrico de 1.954 mm/año. El período húmedo dura 0 meses durante los cuales se produce un excedente hídrico de 0 mm.
•      15-2-2 Desierto con influencia marina y régimen de humedad xérico (BWnXe). La temperatura oscila entre un máximo de enero de 29,7 °C y un mínimo de julio de 6,8 °C. Tiene un promedio de 345 días consecutivos libres de heladas. En el año se registra un promedio de 1 helada. El período de temperaturas favorables a la actividad vegetativa dura 12 meses. Registra anualmente 2.875 días grado y 81 horas de frío acumuladas hasta el 31 de julio. La precipitación media anual es de 0 mm y un período seco de 12 meses, con un déficit hídrico de 2.065 mm/año. El período húmedo dura 0 meses durante los cuales se produce un excedente hídrico de 0 mm.
•      15-2-3 Desierto con influencia marina y régimen de humedad xérico (BWnXe). La temperatura oscila entre un máximo de enero de 27,7 °C y un mínimo de julio de 6,4 °C. Tiene un promedio de 339 días consecutivos libres de heladas. En el año se registra un promedio de 2 heladas. El período de temperaturas favorables a la actividad vegetativa dura 12 meses. Registra anualmente 2.372 días grado y 125 horas de frío acumuladas hasta el 31 de julio. La precipitación media anual es de 0 mm y un período seco de 12 meses, con un déficit hídrico de 1.945 mm/año. El período húmedo dura 0 meses durante los cuales se produce un excedente hídrico de 0 mm.
•      1-2-2 Desierto interior y régimen de humedad xérico (BWXe). La temperatura oscila entre un máximo de enero de 29,9 °C y un mínimo de julio de 3,7 °C. Tiene un promedio de 219 días consecutivos libres de heladas. En el año se registra un promedio de 18 heladas. El período de temperaturas favorables a la actividad vegetativa dura 12 meses. Registra anualmente 2.389 días grado y 441 horas de frío acumuladas hasta el 31 de julio. La precipitación media anual es de 0 mm y un período seco de 12 meses, con un déficit hídrico de 2.307 mm/año. El período húmedo dura 0 meses durante los cuales se produce un excedente hídrico de 0 mm.
•      15-3-3 Desierto interior y régimen de humedad xérico (BWXe). La temperatura oscila entre un máximo de enero de 26,5 °C y un mínimo de julio de 3,4 °C. Tiene un promedio de 186 días consecutivos libres de heladas. En el año se registra un promedio de 25 heladas. El periodo de temperaturas favorables a la actividad vegetativa dura 12 meses. Registra anualmente 1.769 días grado y 588 horas de frío acumuladas hasta el 31 de julio. La precipitación media anual es de 4 mm y un periodo seco de 12 meses, con un déficit hídrico de 2.155 mm/año. El período húmedo dura 0 meses durante los cuales se produce un excedente hídrico de 0 mm.
•      15-3-4 Desierto de altura y régimen de humedad xérico (BWHXe). La temperatura oscila entre un máximo de enero de 20 °C y un mínimo de julio de -0,1 °C. Tiene un promedio de 0 días consecutivos libres de heladas. En el año se registra un promedio de 157 heladas. El periodo de temperaturas favorables a la actividad vegetativa dura 5 meses. Registra anualmente 700 días grado y 1.311 horas de frío acumuladas hasta el 31 de julio. La precipitación media anual es de 38 mm y un periodo seco de 12 meses, con un déficit hídrico de 2.058 mm/año. El período húmedo dura 0 meses durante los cuales se produce un excedente hídrico de 0 mm.
•      15-3-5 Estepa de altura fría con régimen de humedad xérico (BSkXe). La temperatura oscila entre un máximo de enero de 11,4 °C y un mínimo de julio de -7 °C. Tiene un promedio de 0 días consecutivos libres de heladas. En el año se registra un promedio de 360 heladas. El periodo de temperaturas favorables a la actividad vegetativa dura 0 meses. Registra anualmente 81 días grado y 1.889 horas de frío acumuladas hasta el 31 de julio. La precipitación media anual es de 108 mm y un periodo seco de 12 meses, con un déficit hídrico de 1.559 mm/año. El período húmedo dura 0 meses durante los cuales se produce un excedente hídrico de 0 mm.
•      15-2-4 Estepa de altura fría con régimen de humedad árido (BSkAr). La temperatura oscila entre un máximo de enero de 7,7 °C y un mínimo de julio de -11,1 °C. Tiene un promedio de 0 días consecutivos libres de heladas. En el año se registra un promedio de 365 heladas. El período de temperaturas favorables a la actividad vegetativa dura 0 meses. Registra anualmente 14 días grado y 1.800 horas de frío acumuladas hasta el 31 de julio. La precipitación media anual es de 211 mm y un período seco de 10 meses, con un déficit hídrico de 1.189 mm/año. El período húmedo dura 0 meses durante los cuales se produce un excedente hídrico de 0 mm.

Los diagramas Walter Lieth muestran con un área azul los periodos en que las precipitaciones sobrepasan la cantidad de agua que el calor del sol evapora en el mismo lapso de tiempo, (un promedio de 10 °C mensuales evaporan 20 mm de agua caída) dejando un clima húmedo. Por el contrario, las zonas amarillas indican que durante ese tiempo el agua caída puede ser evaporada por el calor del sol. El área gris señala meses muy húmedos. No ocurren periodos húmedos en Pica, sin embargo, el invierno boliviano se hace sentir en los dos primeros meses del año.

Para tener una aproximación a nivel de cuenca (casos locales no están reflejados) del consumo comparado con la disponibilidad de agua, se define como:

Siguiendo intrincadas definiciones del consumo y la demanda que consideran aguas superficiales, subterráneas, flujos mínimos de sustentabilidad, y consumos que no son devueltos al cauce original, todo ello según normas de organizaciones internacionales, se han clasificado los resultados en cuatro casos:^[5]​^: 29

• Brecha hídrica alta, se consume más del 40% del agua disponible: existe fuerte presión sobre el recurso hídrico y una urgencia máxima para el ordenamiento de la oferta y la demanda. En estos casos la baja disponibilidad de agua es un factor limitador del desarrollo económico.
• Brecha hídrica media, se consume entre el 20% y el 40% del agua disponible: existe presión sobre el recurso hídrico que debe ser ordenada, establecer prioridades, optimizar su uso y proteger los ecosistemas, también mediante inversiones.
• Brecha hídrica moderada, se utiliza entre 10% y 20% del agua disponible, la disponibilidad de agua es un factor limitador del desarrollo.
• Brecha hídrica baja, se utiliza menos del 10% de la oferta, no se experimentan presones importantes sobre el recurso hídrico.

Aplicada esta clasificación a la cuenca de la Pampa del Tamarugal, el estudio estima una brecha hídrica moderada con un uso del 12% del agua disponible.^[5]​^: 80

La vegetación de la reserva se encuentra en áreas muy puntuales, donde la napas freáticas están cerca de la superficie, o en donde alcanzan las crecidas de origen andino. La vegetación está fuertemente alterada por el trabajo humano y corresponde principalmente a las plantaciones de Prosopis tamarugo y Prosopis alba y en una pequeña medida a los remanentes de los bosques naturales.^[2]​^: 36

Las especies que habitan la pampa son:^[2]​^: 39–43

Mamíferos

carnívoros: zorro culpeo (Lycalopex culpaeus), zorro chilla (Lycalopex griseus), Quique (Galictis cuja)

roedores: Tuco-tuco del Tamarugal (Ctenomys fulvus), Ratón orejudo amarillento (Phyllotis xanthopygus)

Quirópteros: Murcielégo orejas de ratón del norte (Myotis atacamensis), Murciélago orejón mayor (Histiotus macrotus), Murciélago de cola libre (Tadarida brasiliensis)

Aves

Jote de cabeza colorada (Cathartes aura), aguilucho (Geranoaetus polyosoma), cernícalo (Falco sparverius), tórtola (Zenaida auriculata), paloma de alas blancas (Zenaida meloda), pequén (Athene cunicularia), bandurrilla (Upucerthia dumetaria), mero de Tarapacá (Agriornis micropterus), dormilona de nuca rojiza (Muscisaxicola rufivertex), golondrina del dorso negro (Notiochelidon cyanoleuca), golondrina bermeja (Hirundo rustica), golondrina de los riscos (Haplochelidon andecola), golondrina grande (Petrochelidon pyrrhonota), comesebo de los tamarugales (Conirostrum tamarugense), chincol (Zonotrichia capensis), gorrión (Passer domesticus) y otros no documentados de especies como el saca-tu-real (Pyrocephalus obscurus), el cazamoscas tijereta (Tyrannus savana), la lechuza (Tyto alba).

Reptiles

Corredor de Tarapacá (Microlophus tarapacensis), dragón de Reiche (Liolaemus reichei, Liolaemus sp. ), salamanqueja del norte grande (Phyllodactylus gerrhopygus)

Entre los principales sitios arqueológicos destaca el conjunto de geoglifos de cerros Pintados. Este sitio alberga paneles con 964 figuras distribuidas a lo largo de 4 kilómetros, representando formas humanas, animales y motivos geométricos en las laderas de los cerros.

Asimismo, en la Pampa del Tamarugal se encuentran las aldeas formativas de Tarapacá, ubicadas en dos quebradas arreicas. En la quebrada de Guatacondo se hallan los asentamientos de Ramaditas (380 a. C.-80 d. C.) y Guatacondo (340 a. C.-70 d. C.), mientras que en la quebrada de Tarapacá se localizan las aldeas de Pircas (80 d. C.-530 d. C.) y Caserones (20 d. C.-1020 d. C.).^[6]​

Durante el siglo XIX y principios del XX, la Pampa del Tamarugal fue el epicentro de la explotación del salitre, con más de 200 oficinas salitreras activas. En la actualidad, muchas de estas instalaciones se encuentran en ruinas y forman parte del patrimonio industrial de Chile.^{[cita requerida]}

Diversos autores han descrito la Pampa del Tamarugal a lo largo de la historia. Francisco Solano Asta-Buruaga y Cienfuegos escribió en 1899 en su Diccionario Geográfico de la República de Chile:

Tamarugal (Pampa del).-—Llanura notable de la provincia de Tarapacá que se extiende de sur á norte á manera de un mar mediterráneo entre las últimas pendientes occidentales de los Andes y los declives orientales de la serranía sobre la costa del Pacífico, distando de ésta unos 18 á 20 kilómetros. Se prolonga desde el paralelo del puerto de Pisagua hasta el río Loa, ó sea por una longitud de cerca de 300 kilómetros con 45 de un ancho medio, y presenta una superficie muy ligeramente desigual á una altura de 900 á 1,000 metros sobre el Pacífico y con una inclinación al oeste de uno por ciento en lo general. Parece un mar mediterráneo entren aquellas serranías, cuyas faldas fenecen en ella formándola sus laterales riberas, y el resultado de un gran hundimiento de esta planicie, el que inundado por las aguas del mar y después rellenado en el decurso del tiempo por tierras de acarreo ó derrubios de las sierras solevantadas coetáneamente, ha podido convertir su suelo en los saladares y en la capa salitrosa que cubren casi toda esta gran pampa en que existen cerca de 200 establecimientos ú oficinas que los explotan. «Es notable», dice el señor Paz Soldán, «la circunstancia de que después de cavado el terreno para extraer el salitre, el fondo de esos hoyos se convierte en pequeños huertos que producen varios granos y plantas sin más riego que la humedad del terreno. Se encuentran millares de sepulcros de los antiguos habitantes de estas hoy desiertas regiones; y se han hallado cadáveres á muchos metros de profundidad en las actuales capas de terreno. Esta pampa puede ser objeto de interesantísimos estudios geológicos y etnográficos.» Se le da el nombre por un árbol indígena llamado tamarugo (Proposis tamarugo), especie de algarrobo, que alcanza á veinte metros de altura y á uno de grueso y «que en tiempos prehistóricos», según el autor citado, «formaba en ella un inmenso bosque, hoy casi reducido al estado de fósil». Se hallan, sin embargo, en esta llanura algunos de estos árboles dispersos y en manchas ralas.

Años después, en 1924, Luis Risopatrón la describe en su Diccionario jeográfico de Chile (1924):^[7]​

Tamarugal (Pampa del). Se estiende lonjitudinalmente por unos 300 kilómetros, con 40 a 50 de ancho, desde la quebrada de Tana, hasta las márjenes del río Loa, entre las últimas pendientes W de los Andes i los declives E de la cordillera de la Costa; presenta una superficie mui lijeramente desigual, entre 900 i 1000 m de altitud, con 1% de inclinación al W i mui pequeña hacia el S. Ofrece bórax, sulfato de alúmina, cal, tiza, yeso, etc i principalmente salitre, sobre todo en el borde W, donde se han establecido centenares de establecimientos de beneficio de esta sustancia; es jeneralmente seca, aunque se puede encontrar agua entre 0,3 i 100 m de profundidad según las rejiones. En tiempos prehistóricos estaba poblada de tamarugos i se encuentran aun algunos ejemplares vivos de esos árboles, con algarrobos i molles, dispersos i en manchas ralas; ha sufrido los efectos de las grandes avenidas de las quebradas del E, en los años de 1819, 1823, 1852, 1859, 1868, 1879 i 1884.

Los vestigios de las antiguas oficinas salitreras aún pueden observarse desde la Ruta 5 Norte. Estas instalaciones fueron fundamentales durante el auge del salitre y llevaban nombres que evocaban los lugares de origen de sus trabajadores, como California, Asturias, Slavia y Hervatska, además de otros más conocidos como Santa Rita, Esmeralda, Santiago y Limeña.

La llanura cuenta con reservas de agua en el subsuelo, las cuales abastecen de agua potable a Iquique y otras localidades cercanas. En años recientes, la zona ha experimentado el desarrollo de una actividad agrícola incipiente, favorecida por la calidad de sus suelos. Entre los principales cultivos destacan acelga, ajo, alfalfa, lechuga, melón, tomate y tuna.^{[cita requerida]}

El bosque de tamarugos (Prosopis tamarugo) es uno de los ecosistemas más característicos de la región. En tiempos prehistóricos, esta pampa albergaba extensos bosques de tamarugos, los cuales han disminuido considerablemente debido a la explotación humana y a las condiciones climáticas extremas. Actualmente, la Reserva Nacional Pampa del Tamarugal protege parte de este ecosistema.

• Desierto de Atacama
• Desierto florido

• Niemeyer F., Hans (1980). Hoyas hidrográficas de Chile, Primera Región. Santiago de Chile: Ministerio de Obras Públicas (Chile), Dirección General de Aguas. Archivado desde el original el 11 de noviembre de 2018. Consultado el 11 de diciembre de 2019. 
• Risopatrón, Luis (1924). Diccionario jeográfico de Chile. Imprenta Universitaria. 
• Dirección General de Aguas (2021). Plan Estratégico de Gestión Hídrica en la Cuenca de la Pampa del Tamarugal. Santiago de Chile: Ministerio de Obras Públicas (Chile). 
• Sistema de información y monitoreo de biodiversidad. Cuenca de la Pampa del Tamarugal. Santiago de Chile. 
• Dirección General de Aguas (2014-cart). Anexo cartográfico nuevo inventario (DARH) SDT 356. Chile. Archivado desde el original el 27 de noviembre de 2023. 
• Ministerio de Obras Públicas de Chile, Dirección General de Aguas (2014). Informe técnico: Inventario de cuencas, subcuencas y subsubcuencas de Chile], División de Estudios y Planificación, SDT N° 364. Santiago de Chile. Archivado desde el original el 30 de marzo de 2019.