เป็นเทือกเขาสูงชันสลับซับซ้อน มีพื้นที่ราบอยู่ตามบริเวณรอบ มียอดดอยดงหญ้าหวายเป็นยอดเขาสูงที่สุด โดยมีความสูง 1,980 เมตรจากน้ำทะเล เป็นต้นกำเนิดของแม่น้ำน่าน อุทยานแห่งชาติดอยภูคา ที่มีพันธุ์ไม้หายากที่สุดในโลก คือ ต้นชมพูภูคา ต้นเต่าร้างยักษ์ และต้นกว่างภูคา ปัจจุบันพบในพื้นที่อุทยานแห่งชาติดอยภูคาเพียงแห่งเดียวในประเทศไทยเท่านั้น ดอกชมพูภูคานั้น จะบานในช่วงเดือนกุมภาพันธ์ – มีนาคม ของทุกปี เพราะชอบอากาศหนาว ที่ว่าเป็นพันธ์ไม้ที่หายากที่สุดในโลก เพราะ เคยพบทางตอนใต้ประเทศจีน และ ทางตอนเหนือของประเทศเวียดนาม จากนั้นก็ไม่มีรายงานการค้นพบต้นไม้ชนิดนี้อีกเลย จนต่อมา มีการพบต้นชมพูภูคาอีกครั้งที่ อ.ปัว จ.น่าน ในอุทยานแห่งชาติดอยภูคา ในประเทศไทยนี้เอง