Wągrowiec na zachodzie oraz Żnin na wschodzie.

Warunki naturalne thumb|Pałuki na mapie hydrograficznej Polski

Według regionalizacji fizyczno-geograficznej Polski region położony jest w większości na Pojezierzu Chodzieskim. Część północna Pałuk znajduje się w Dolinie Środkowej Noteci, wschodnia na Pojezierzu Żnińsko-Mogileńskim, natomiast południowe krańce regionu znajdują się na Pojezierzu Gnieźnieńskim. Na polodowcowym terenie Pałuk znajduje się, według różnych źródeł, od około 100 do 130 jezior.

Temperatury roczne wynoszą 8–8,5 °C, a opady należą do najniższych w Polsce, oscylując wokół 500 mm.

Największymi rzekami, poza granicznymi, są Gąsawka i Nielba. Całe Pałuki znajdują się w dorzeczu Odry, z czego około połowa regionu znajduje się w dorzeczu Noteci, a reszta – Wełny (prawych dopływów Warty)Rastrowa Mapa Podziału Hydrograficznego Polski.. Często przytaczanym, lecz błędnym przykładem bifurkacji jest skrzyżowanie Nielby i Wełny w Wągrowcu, które powstało w wyniku prac melioracyjnych prowadzonych przez cystersów w dolinie Wełny (XV–XVI w.).