天山位于欧亚大陆腹地，是世界上距离海洋最远的巨大山系，被广袤的中亚沙漠所包围。北侧是广阔的古尔班通古特沙漠，南侧是更加浩瀚的塔克拉玛干沙漠。耸立在荒漠中的天山由于山体高大，海拔4000米～5000米高的山峰山脊之上，终年冰雪覆盖、银装素裹，成为干旱荒漠区中的巨大水塔。冰雪产生的湿润水汽涵养着大片的森林草地，维系着山地生态系统。冰雪融水形成众多湖泊湿地，也形成了无数的溪水河流，滋润着山脚下大大小小的绿洲。
天山垂直方向上的自然条件具有巨大差异，南北方向以及东西方向上也存在明显差异，新疆天山北部、南部和西部分别发育了三个典型垂直带谱：温带荒漠垂直带谱、暖温带荒漠垂直带谱和温带荒漠草原垂直带谱，并各有典型代表。
托木尔世界自然遗产地是天山南坡暖温带荒漠垂直自然带的最典型代表。托木尔峰南坡在70公里的水平距离内，海拔从1400米升至7443米，发育了7个完整的垂直自然带。
博格达世界自然遗产地是新疆天山北坡垂直自然带的最典型代表，也是全球温带干旱区山地垂直带的最典型代表。博格达峰北坡在80公里的水平距离内，海拔从700米升至5445米，发育了7个完整的垂直自然带。
库尔德宁―喀拉峻世界自然遗产地是新疆天山西部伊犁谷地温带荒漠草原垂直自然带的最典型代表。库尔德宁―喀拉峻在90公里的水平距离内，海拔从600米升至4257米，发育了7个完整的垂直自然带。基带决定垂直带结构特征和地位。温带荒漠带是新疆天山北坡垂直带发育的基带，暖温带荒漠带是新疆天山南坡垂直带发育的基带，温带荒漠草原带是新疆天山西部伊犁谷地垂直带的基带。温带荒漠带的地带性土壤为山地灰漠土，植被以琵琶柴群系和梭梭群系为代表。暖温带荒漠带的地带性土壤为山地棕漠土。植被以裸果木群系、琵琶柴群系、麻黄群系等灌木和小半灌木荒漠为主。温带荒漠草原带的地带性土壤为山地灰钙土，植被以针茅、绢蒿和小蓬为代表。荒漠带动物以鹅喉羚、柽柳沙鼠、新疆岩蜥、伊犁沙虎、大沙鼠等为主。
山地草原带发育在新疆天山山体下部，新疆天山南北坡和西部伊犁谷地都分布有大面积连续的山地草原带，构成优势垂直带。地带性土壤主要为山地黑钙土和山地栗钙土，植物种类主要有针茅、羊茅、蒿属等。本带动物物种以啮齿类和以鼠类为食的食肉类为主，鸟类主要为草原鸟类、森林鸟类和一些以鼠类为食的猛禽。
山地针叶林带是干旱区山地指示性垂直带，在新疆天山北坡和伊犁谷地成带状分布，在新疆天山南坡则断续呈斑块状分布。地带性土壤为山地灰褐色森林土，植被以雪岭云杉群系为代表。因生存环境适宜，本带成为新疆天山动物种群最为丰富的垂直自然带，其中昆虫种类多达数千种。马鹿和狍是典型的森林兽类，猞猁、狼、赤狐、棕熊等森林草原动物和亚高山草甸带下限的动物也出现于此带。
亚高山草甸带广泛分布于新疆天山西部和北坡的亚高山地带，地带性土壤为亚高山草甸土。植被群系以杂类草草甸为主，本带与下部山地针叶林带呈楔状交错分布，草原动物和森林动物同时出现，种类更加丰富，蜂、蝶、蝇、虻等昆虫种类猛增。
高山草甸带广泛分布于新疆天山高山地带，也是高山带的重要标志。地带性土壤为高山草甸土，分布着以嵩草、苔草及杂类草为主的高山草甸。因分布有一定数量的高山杂类草，色彩鲜艳，本带蜂类、蝶类等鳞翅目昆虫种类明显增多，是百灵科和岩鹨科鸟类、粉红椋鸟、红嘴山鸦的主要觅食地。秃鹫、高山兀鹫等较为常见，也是旱獭、灰仓鼠等动物的重要栖息地。由于食草动物增多，狼、赤狐、石貂等常在此活动。
冰雪带下部发育了规模较大的高山垫状植被带。土壤为高山原始土，以地衣、苔藓等低等植物为主。高山草甸种和垫状植物散见于石隙间，主要植物有雪莲、双花委陵菜等。昆虫和低等动物的种数有所增加，雪鸡、黄嘴山鸦以及作为雪豹的重要猎物对象如北山羊、盘羊等动物在该带增多。
新疆天山发育了大规模的冰雪带，是干旱区山地垂直带极高部位。由于终年积雪，土壤不发育，没有植物生长，动物种类稀少，雪豹、高山兀鹫、雪鸡、黄嘴山鸦等动物短暂出没于此带。
