Las lagunas de Cantalejo son de carácter tectónico, ubicadas en someras depresiones del terreno en las que aflora el acuífero subyacente. Los flujos de agua que las alimentan, una vez pasada las épocas de lluvia son fundamentalmente subterráneos, ya que por una parte las precipitaciones se infiltran rápidamente en el terreno arenoso, debido a su alta permeabilidad y por otro a que la cuenca de recepción es relativamente pequeña y no origina cursos de agua permanentes.
Normalmente las lagunas se encuentran ubicadas en el fondo de unas cubetas, en las que el tiempo de permanencia del agua depende fundamentalmente de estos factores:

- Profundidad de la cubeta con respecto al nivel freático.
- Naturaleza y configuración del terreno que constituye el vaso, drenajes, etc.
- Velocidad de circulación de las aguas subterráneas (íntimamente ligada a la permeabilidad del terreno).
- Evaporación de la lámina de agua.
- Extracción de agua en sus inmediaciones, etc.

Dependiendo de estos factores, la altura de la lámina de agua sufre variaciones a lo largo del año, pudiendo en unos casos constituir lagunas permanentes y en otros ser estacionarias.

La orografía de la zona que circunda las lagunas de Cantalejo es básicamente llana con ligeras pendientes hacia el oeste y algunos cordones dunares normalmente en el oeste de la lagunas, entre los que cabe destacar la duna situada al oeste de Navalayegua, el cordón de dunas ubicado al suroeste de Navacornales y del Sotillo Bajero, las dunas existentes entre las lagunas de Navacentello y el arroyo de la Nava del Pobo, las dunas situadas al oeste de la Cespedosa, y las dunas existentes entre Navalagrulla y Matisalvador.

La hidrogeología de la zona viene determinada por una capa superior de arenas eólicas, procedentes de la cercana sierra de Guadarrama, de granulometría muy fina y cronología no precisa, con una potencia que oscila entre 1 y 20 m. {existe no obstante sondeos, en el T. M. de Cantalejo, con un espesor de arena de hasta 100 m. de profundad}. En ellas se asienta un acuífero libre (el cual forna parte del acuífero nº 8 ó de los arenales), heterogéneo y de reducido espesor, conectado hidráulicamente a los ríos Cega y Duratón, así como al acuífero Terciario Detrítico subyacente, que se recarga a partir de él.
El acuífero se explota por pozos de escsa profundidad, los cuales dan caudales fluctuantes del orden de 5 l/s.
El Terciario Detrítico existente bajo las lagunas está formado por niveles poco potentes de margas y calizas margosas (tobas) de génesis lagunar, el cual le confiere un carácter relativamente impermeable y hace posible la existencia de las lagunas.
El área se encuentra en una zona caracterizada por un clima fresco, con inviernos fríos y veranos relativamente cortos y calurosos.
La temperatura media anual oscila entre 11 y 12ºC; la del mes más frío entre 2 y 3ºC y la del mes más cálido entre 21 y 22ºC, si bien las temperaturas extremas rebasan ampliamente estos límites, existiendo riesgo de heladas durante 6-8 meses al año. El déficit hídrico medio anual, considerando una reserva de saturación de 100 mm., es de 200 mm. Dada la importancia de las precipitaciones en el régimen hidrológico, se han estudiado los datos correspondientes a la estación pluviométrica de Cantalejo, obtenidos en el Instituto Nacional de Metereología, de los cuales se pueden sacar las siguientes conclusiones:
La precipitación máxima registrada se produjo en 1955 con 728 mm. y la mínima en 1970 con 341 mm. La precipitación media es de 509 mm. anuales. Dichas precipitaciones se reparten de una manera casi uniforme a lo largo de todo el año, a excepción de los meses de Julio, Agosto y primera quincena de Septiembre que descienden a la mitad de la media mensual, siendo en los años secos prácticamente inexistentes.