Das Mittelrheintal ist der 130 km lange Abschnitt des Rheins zwischen Bingen und Bonn. Dabei handelt es sich um ein antezendentes Durchburchstal im Rheinischen Schiefergebirge. Durch seine zentrale Lage diente das Mittelrheintal schon immer als eine der wichtigsten Verkehrswege zwischen Nord- und Süddeutschland sowie der Mittelmeerregion und Nordeuropa. Auch seine Bedeutung als politische und kulturelle Grenze spiegelt sich im Mittelrheintal wieder. Wirtschaftlich dominiert wird der Mittelrhein vom Weinbau und Tourismus.

Naturräumlich unterscheidet man drei Haupteinheiten: das Obere Mittelrheintal, das Mittelrheinische Becken und das Untere Mittelrheintal.

Das Obere Mittelrheintal erstreckt sich von der Mündung der Nahe in Bingen bis zur Lahn-Mündung in Lahnstein und trennt den Taunus im Osten vom Hunsrück im Westen. Seit 2002 ist das Obere Mittelrheintal mit dem nach Norden erweiterten Verlauf bis zur Moselmündung in Koblenz Weltnaturerbe der UNESCO.

Die Binger Pforte (Rüdesheim/Bingen – Trechtingshausen) stellt den Beginn des Oberen Mittelrheintals dar. Bei seinem Eintritt in die Pforte hat der Rhein mit einer Breite von durchschnittlich etwa 300 m nur noch die Hälfte seiner Breite vor dem Mittelrheintal. Am Binger Loch ändert der Rhein seine Fließrichtung von Westen nach Norden bzw. Nordwesten. Die Kammlagen auf beiden Rheinseiten sind nur etwa 2 km voneinander entfernt und die Steilhänge beginnen zumeist unmittelbar am Flussufer.

Das Bacharacher Tal (Niederheimbach – Oberwesel) schließt sich an die Binger Pforte an. Es beinhaltet auch die Gemeinden Lorch, Bacharach sowie Kaub und wird von den Mündungstälern der Wisper in Lorch (rechtsrheinisch) und des Münzbaches in Bacharach (linksrheinisch) eingeschnitten.

Das St. Goarer Tal (Oberwesel – Bad Salzig) umfasst das kurvig verlaufende Obere Mittelrheintal. Dabei verengt sich der Rhein in mehreren bis zu 90° starken Kurven auf unter 200 m. Der Ufersaum ist sehr schmal und bietet so nur wenige Siedlungsflächen in unmittelbarer Flussnähe. An die hoch aufragenden Steilhänge schließen sich in den Höhenlagen sanft  gewellte Plateaus an, die mit zunehmender Entfernung zum Rhein immer weiter ansteigen. Dadurch sind mit Ausnahme der Städte St. Goar und St. Goarshausen fast nur die Hänge und Höhenlagen besiedelt.

Die Bopparder Schlingen (Bad Salzig – Lahnstein) umfassen die größte Rheinschleife des Mittelrheintals. Unmittelbar hinter Bad Salzig beschreibt der Fluss von einer leichten Linkskurve ausgehend eine rechtsseitige Wendung um 180° (Bopparder Hamm) und geht anschließend in eine 135° starke Linkskurve. An den jeweiligen Kurvenaußenseiten sind die Hänge auffallend steil.

Die Lahnsteiner Pforte (Lahnstein) umfasst die Talenge unmittelbar im Bereich der Lahnmündung.

Das Mittelrheinische Becken teilt das Obere vom Unteren Mittelrheintal und bildet einen größeren intramontanen Senkungsraum innerhalb des Rheinischen Schiefergebirges. Das Becken wird rechtsrheinisch durch den Westerwald sowie linksrheinisch durch die Eifel und das Moseltal begrenzt. Durch sein wintermildes und regenarmes Klima wird intensive Landwirtschaft ermöglicht, was Waldarmut in dieser Region bedingt.

Das Neuwieder Becken (Koblenz – Neuwied) stellt die zentrale Landschaft des Mittelrheinischen Beckens dar. Auf einer Länge von ca. 22 km trennt es die beiden Engtäler des oberen und unteren Mittelrheins. Das Neuwieder Becken wurde aufgrund seiner fruchtbaren Böden seit frühester Zeit besiedelt und intensiver Obstanbau prägt heute das Landschaftsbild ebenso wie Industrieansiedlungen.

Das Maifeld ist der südwestliche Teil des Mittelrheinischen Beckens und wird durch die Mosel (Südosten), der Elz (Südwesten) sowie der Nette (Nordwesten) begrenzt. Das Hügelland wird hauptsächlich landwirtschaftlich genutzt, da die Böden als besonders fruchtbar gelten.

Die Pellenz bildet den nordwestlichen Teil des Mittelrheinischen Beckens zwischen Mayen und Andernach. Das Landschaftsbild ist geprägt von Landwirtschaft und Tagebau (Bims und Lavasand) sowie der damit verknüpften Baustoffindustrie.

Das Untere Mittelrheintal erstreckt sich von Andernach bis nach Bonn, trennt den Westerwald von der Eifel und geht im Norden in die Kölner Bucht über.

Die Andernacher Pforte (Andernach – Niederhammerstein) ist das Durchbruchstal des Rheins durch Ränder des Neuwieder Beckens zum Unteren Mittelrheintal. Am Eingang verengt sich das Rheintal auf gerade einmal 1km und weitet sich im Inneren auf höchsten 4km Breite.

Die Linz-Hönninger Talweitung (Brohl-Lützing – Unkel) ist etwa 22km lang und hat eine Breite von 1,5 -3,5km. Bei Unkel jedoch verengt sich das Tal auf etwa 800m. Linkrheinisch schließen sich im Bereich der Ahrmündung oberhalb von Sinzig die Rhein-Ahr-Terrassen an.

Die Honnefer Talweitung (Unkel – Bad Honnef) ist der nördlichste Abschnitt des Mittelrheintals. Hier verbreitet sich das Rheintal wieder und mündet in die Kölner Bucht.