Пустыня Кызылкум представляет собой каменистую в своем основании равнину, имеющую уклон с юго-востока на северо-запад (от 300 до 53 м над у. м.). На большей части своей площади эта равнина покрыта барханными песками, над которыми возвышаются останцовые массивы. В центре и на юго-западе это цепи Букантау (764 м), Кульджуктау (до 785 м), Тамдытау (922 м) и другие, на западе — хребет Султануиздаг (475 м). Границы Кызылкума принято обозначать так: на северо-западе Аральское море, на северо-востоке — рекой Сырдарья, на востоке — отрогами гор Тянь-Шань и Памиро-Алая, на юго-западе — рекой Амударья. От песчаных барханов, кажущихся бледно-желтыми под нещадно палящим «белым солнцем пустыни», до черных склонов невысокого хребта Султануиздаг (Султон Увайс).
Где-то песчаные гряды закреплены черным и белым саксаулом, песчаной акацией, черкезом, эфедрой, джузгуном и другими видами характерной для засушливых зон растительности, древовидной и травянистой. А где-то над барханами хозяйничает только сухой горячий ветер, и в этих местах возникает типичный для песчаных пустынь эффект летучих («эловых») песков. Характерны для Кызылкума и засоленные пространства — результат влияния жаркого климата на продвижение минерализованных нижних слоев грунта на поверхность.
Глинистые и песчаниковые почвы имеют не только кайнозойское происхождение, часть из них — в основе своей — аллювиальные отложения пересохших древних русел рек бассейна Амударьи. Считается, что в Кызылкуме сегодня осталась только одна река, Жанадарья, самый южный из древних рукавов Сырдарьи. Она протекает по территории Кызылординской области Казахстана, пока не иссякает в песках Каракалпакии (Узбекистан).
И в то же время Кызылкум имеет неплохой водный баланс — благодаря обширным артезианским подземным горизонтам. Особенно значительны они в центральной и западной части пустыни. Кроме того, вода поступает и из родников на горных склонах, часто эти источники сильно минерализованы. В 1969 г. после сильного паводка, шлюзы Шардарьинского водохранилища были открыты, вода из него была направлена в Арансайскую низменность Кызылкума. Так образовалось озеро Айдаркуль, площадь которого сегодня составляет около 3000 км2.
Имеются в Кызылкуме и оазисы, возникшие благодаря деятельности человека по обводнению территорий из артезианских скважин. Где именно находятся оазисы, определить просто — там расположены города, поселки, опытные сельскохозяйственные станции с немногочисленным, но экономически активным населением: в суровых условиях пустыни расслабляться, ничего не делая, невозможно, здесь сносные условия жизни достигаются непросто. Отдельную категорию жителей Кызылкума составляют люди, работающие на рудниках. Благодаря горнодобыче, в которой лидирует Навоийская область Узбекистана, Кызылкум располагает и относительно хорошо развитой дорожной сетью.
Животный мир Кызылкума включает в себя и млекопитающих (антилопа джейран, тонкопалый и желтый суслик, песчанки, тушканчики, барханная и степная кошка, волк, лисица-корсак, заяц-толай, летучие мыши), и птиц (хохлатый жаворонок, пустынная славка, дрофа-красотка, саксаульная сойка, степной орел, совы), и змей (эфа, гюрза, песчаный удавчик, полозы), а также ящериц, варанов, черепах.
Человеку, никогда не бывавшему, скажем, в узбекской части Кызылкума, трудно себе представить, что здесь существует туристическая инфраструктура. А она есть, но нестандартная, рассчитанная на любителей экстремального туризма. Основное средство передвижения на маршрутах — джипы, но при желании можно отправиться на это «сафари» и на верблюде. А заночевать — на специальной стоянке с юртами.
Путешественников, желающих своими глазами увидеть хорезмские крепости и пустынные пейзажи, в Кызылкуме с каждым годом становится все больше. Лучшее время для такого приключения, конечно, весна — когда на отрогах гор цветут дикие крокусы, тюльпаны, маки и другие цветы.