두류산의 높이는 해발 1,323m로 마식령산맥에 속하며, 북서쪽으로 재령산(載靈山, 1,208m)에 이어진다. 문천면에서 남서쪽으로 약 25㎞ 떨어져 있고 원산시에서 서쪽으로 약 35㎞ 떨어져 있다.
두류산을 분수령으로 하여 북쪽 경사면에서는 전탄강(箭灘江)이, 남쪽 경사면에서는 임진강과 송강천이 발원하여 흐른다.
두류산에서는 식물의 수직분포가 비교적 잘 나타난다. 해발 800m 이하의 지역에는 소나무를 주종으로 하는 혼성림이, 800∼1,000m 지역에는 사스래나무를 주종으로 하고 피나무·고로쇠나무·물푸레나무·사시나무·자작나무 등 20여 종의 활엽수가 자라는 활엽수림이, 1,000m 이상의 지역에서는 분비나무·가문비나무와 같은 야한대성 침엽수들이 분포되어 있다. 북동쪽 기슭에는 천연기념물인 두류산 고욤나무군락이 있다. 이 밖에 돌배, 머루, 다래, 만삼, 당귀, 오미자 등 산중부원이 많이 분포되어 있다.
두류산의 기반암은 편암 및 화강암으로 구성되어 있다. 골짜기는 급경사이며 좁고 깊다. 산기슭 일대에는 구산덕(九山德)·동곡덕(東谷德)·봉산덕(鳳山德)·승지덕(勝地德) 등 테이블모양의 작은 대지가 발달되어 있다.
두류산은 산림축적량이 많아 통나무생산기지로 되어 있으며 남서 기슭의 평탄한 곳은 소와 양의 방목지로 이용되고 있다. 두류산에서부터 아호비령산줄기가 시작되며 두류산의 남쪽 기슭에는 평양∼원산 간 주요 통로인 아호비령(648m)이 있다. 산허리에 실상암(實相庵, 일명 見性庵)이 있고, 이 산에는 황양목(黃楊木)이 많기로도 유명하다.