Ο νομός Σερρών είναι ουσιαστικά η λεκάνη απορροής του ποταμού Στρυμόνα. Η λεκάνη αυτή σχηματίζεται από δύο ορεινά τείχη στα (βορειο-)ανατολικά και (νοτιο-)δυτικά της, που οι κορυφές τους ορίζουν και τον νομό. Η οροσειρά στα ΒΑ της λεκάνης του Στρυμόνα είναι ουσιαστικά προέκταση της οροσειράς του Ορβήλου που στέκει στα σύνορα Ελλάδας και Βουλγαρίας και σχηματίζεται από τα όρη Βροντούς, το Μενοίκιο όρος και το όρος Παγγαίο.

Τα κατάφυτα όρη Βροντούς (δασοκάλυψη 83%) είναι η νοτιοδυτική συνέχεια του ορεινού όγκου του Ορβηλου και εισχωρούν στην λεκανοειδή πεδιάδα των Σερρών από τα ανατολικά. Εχουν ψηλότερη κορυφή (Αλή Μπαμπάς) στα 1850μ. και από γεωλογική άποψη ανήκουν στην μάζα της Ροδόπης. Το κλίμα ανήκει σε έναν ενδιάμεσο κλιματικό τύπο μεταξύ του μεσογειακού και του ηπειρωτικού. Τα μεγαλύτερα υψόμετρα ανήκουν στην υγρή ζώνη ενώ, οι χαμηλότερες περιοχές στην ξηρή.

Το Μενοίκιο όρος (1963μ.) είναι νοτιοανατολική συνέχεια της Βροντούς και με τον όγκο του χωρίζει την πεδιάδα των Σερρών από αυτήν της Δράμας. Εχει έντονο και ποικίλο ανάγλυφο, με υψηλές κορυφές, φαράγγια και έντονα βραχώδη συμπλέγματα. Στο παρελθόν τα εκτεταμένα ορεινά λιβάδια του γνώρισαν μεγάλη άνθιση, όταν αναπτύχθηκε η οικονομία με βάση τους νομάδες κτηνοτρόφους. Αυτό το παρελθόν μπορεί να το ιχνηλατίσει ο σημερινός επισκέπτης βλέποντας τους πολλούς εγκαταλειμένους οικισμούς του βουνού.

Το όρος Παγγαίο, τέλος, βρίσκεται στα σύνορα των Σερρών με την Καβάλα, και έχει μέγιστο υψόμετρο 1956μ. Τα εδάφη του είναι γενικά πολύ επικλινή με πολλές βραχώδεις και απότομες πλαγιές. Είναι κι αυτό ένα βουνό πολύ δασωμένο και με μεγάλο υδάτινο πλούτο. Σε πολλά σημεία του βουνού υπάρχουν αρχαίες στοές μεταλλείων χρυσού και αργύρου οι λεγόμενες ασημότρυπες.