Η συνολική έκταση του Δήμου Ανατολικής Σάμου είναι 292,556 τετ. χλμ, ενώ αντίστοιχα η έκταση της Δ.Ε. Καρλοβασίων του Δήμου Δυτικής Σάμου είναι 100,619 τετ. χλμ. Η θέση της νήσου είναι κομβικής σημασίας, καθώς ανατολικά της βρίσκεται η Τουρκία, από την οποία χωρίζεται με τον επταστάδιο πορθμό ή Νταρ Μπογάζ, με ελάχιστο πλάτος 1.650 μέτρα περίπου. Βόρεια της νήσου βρίσκεται η χερσόνησος της Ερυθραίας, βορειοδυτικά η Χίος, δυτικά και νοτιοδυτικά η Ικαρία και το νησιωτικό σύμπλεγμα των Φούρνων. Τέλος νότια της, βρίσκονται η Πάτμος, το Αγαθονήσι και οι Αρκοί, τα οποία ανήκουν στα Δωδεκάνησα. Εντός της νήσου Σάμου, τα Τοπικά Διαμερίσματα Σαμίων και Βαθέος χαρακτηρίζονται ως Αστικές περιοχές ενώ τα Τοπικά Διαμερίσματα Αγίου Κωνσταντίνου, Αμπέλου, Βουρλιωτών, Κοκκαρίου, Μανολατών, Παλαιοκάστρου, Σταυρινήδων χαρακτηρίζονται ως Αγροτικές περιοχές. Ως προς την μορφολογία εδάφους τα Τ.Δ. Σαμίων και Κοκκαρίου χαρακτηρίζονται ως Ημιορεινά και τα Τοπικά Διαμερίσματα Αγίου Κωνσταντίνου, Αμπέλου, Βουρλιωτών, Βαθέος, Μανολατών, Παλαιοκάστρου,  Σταυρινήδων ως Ορεινά. 

Η Δημοτική Ενότητα Καρλοβάσου του Δήμου Δυτικής Σάμου, αποτελείται από το Καρλόβασι με  πληθυσμό 6.708 κατοίκους βρίσκεται στα Βορειοδυτικά του νησιού και  αποτελείται από 5 συνοικίες: Το Παλαιό Καρλόβασι, το Νέο Καρλόβασι,  το Μεσαίο Καρλόβασι, τον Όρμο και τέλος το Λιμάνο.

Η Σάμος είναι κατά κύριο λόγο ορεινή με υψηλότερη κορυφή το όρος Κερκετέας στα 1.417 μέτρα στο δυτικό μέρος του νησιού. Στο νησί, αναπτύσσεται ένας ορεογραφικός άξονας, ο οποίος χωρίζει το νησί σε βόρειο και νότιο τμήμα. Οι πεδινές εκτάσεις του νησιού βρίσκονται στο νοτιοανατολικό τμήμα (Πυθαγορείου και Βαθέος) και στο βορειοανατολικό (Δήμος Καρλοβασίου). 

Το νησί της Σάμου έχει μόνιμο πληθυσμό 32.977. Ο πληθυσμός του Δήμου ανατολικής Σάμου ανέρχεται σε 20.513 κατοίκους. Συγκεκριμένα η Δ.Ε. Βαθέος αποτελείται από 12.517 κατοίκους ενώ η Δ.Ε. Πυθαγορείου από 7.996. (απογραφή ΕΛ.ΣΤΑΤ. 2011). Η πρωτεύουσα, Σάμος ή Κάτω Βαθύ έχει 6.191 κατοίκους, ενώ η συμπρωτεύουσα, το Καρλόβασι, 6.8708 κατοίκους. Άλλοι σημαντικοί οικισμοί είναι το Βαθύ (1.888 κάτοικοι), η παλιά πρωτεύουσα του νησιού Χώρα (1.218 κάτοικοι), το Πυθαγόρειο (1.272 κάτοικοι), οι Μυτιληνιοί (1.982 κάτοικοι), ο Μαραθόκαμπος (1.069 κάτοικοι) και το Κοκκάρι (1.060 κάτοικοι). Η Δ.Ε. Καρλοβάσου του Δήμου Δυτικής Σάμου έχει πληθυσμό που ανέρχεται σε 9.855 κατοίκους. 

Στο εσωτερικού του νησιού παρατηρείται σημαντική σταθερή μείωση του πληθυσμού τα τελευταία 20 χρόνια στις στη Δ.Ε. Πυθαγορείου, αντίθετα, θετική αύξηση εμφανίζουν οι Δ.Ε. Βαθέος και Καρλοβασίου. Ωστόσο συνολικά, η κατάσταση είναι σταθερή. 

Αν και η αναπτυξιακή δυναμική της Περιφέρειας Βορείου Αιγαίου είναι δυσμενής λόγω της υπογεννητικότητας, η Σάμος λόγω της ύπαρξής των δύο Πανεπιστημιακών Τμημάτων του Πανεπιστημίου Αιγαίου διαμορφώνει διαφορετικά την δημογραφική φυσιογνωμία.

Ο κύριος αναπτυξιακός προσανατολισμός της Σάμου είναι ο τριτογενής τομέας (κυρίως τουρισμός), ο οποίος βρίσκεται σε στασιμότητα έπειτα από την ραγδαία ανάπτυξή του έως περίπου το 2000. Σύμφωνα με τις απογραφές του 2001 και 2011, τα ποσοστά του τριτογενή τομέα είναι αυξητικά (από 62% στο 76%), ενώ τα ποσοστά τόσο του πρωτογενή όσο και του δευτερογενή, έχουν πτωτική τάση.

Σύμφωνα με τον ν.3937/2011 (ΦΕΚ 60/Α/31-3-2011) Αρθ. 5, ως σημαντικά στοιχεία φυσικού περιβάλλοντος (οικοτόπων και ειδών) είναι οι περιοχές Natura, τα Καταφύγια Άγριας Ζωής (ΚΑΖ), τα Εθνικά Πάρκα, οι Εθνικοί Δρυμοί κ.λπ.

Στον Δήμο Ανατολικής Σάμου και στην Δ.Ε. Καρλοβασίου Δήμου Δυτικής Σάμου εντοπίζονται τα εξής σημαντικά στοιχεία φυσικού περιβάλλοντος: 

●       Δίκτυο προστατευόμενων περιοχών Natura 2000 ΜΕ Φορέα Διαχείριση Προστατευόμενων Περιοχών Βορείου Αιγαίου: 

• GR4120001 – ΕΖΔ, “ΠΑΡΑΛΙΑ ΑΛΥΚΗ ”, έκτασης 301,34 εκτ. 
• GR4120002  – ΕΖΔ, «ΟΡΟΣ ΑΜΠΕΛΟΣ (ΚΑΡΒΟΥΝΗΣ)», έκτασης 4850,12 εκτ.
• GR4120003 – ΕΖΔ, «ΟΡΟΣ ΚΕΡΚΕΤΕΥΣ - ΜΙΚΡΟ ΚΑΙ ΜΕΓΑΛΟ ΣΕΪΤΑΝΙ - ΔΑΣΟΣ ΚΑΣΤΑΝΙΑΣ ΚΑΙ ΛΕΚΚΑΣ, ΑΚΡ. ΚΑΤΑΒΑΣΗΣ – ΛΙΜΕΝΑΣ», έκτασης 6683,42 εκτ. 
• GR4120008 – ΖΕΠ, «ΟΡΟΣ ΚΕΡΚΗΣ», έκτασης 9136,84 εκτ.

●       Καταφύγια Άγριας Ζωής (ΚΑΖ):

    o K434, Χαμούλι-Γιαξί (Πλατάνου-Νεοχωρίου-Κουμαίικων)ς ΦΕΚ 779/76

    o Κ917, Αργυρού, Ψιλή Άμμος Δήμου Βαθέος, (ΦΕΚ 953/Β/2002).

    o Κ430, Άσπρος Βράχος Δενδριάς (Αμπέλου-Μανολάτων (ΦΕΚ 779/76) 

● Υγρότοποι:

    o   Αλυκή Ψιλής Άμμου: Η αλυκή Ψιλής Άμμου βρίσκεται δυτικά του ομώνυμου οικισμού, περίπου 3,6 χιλιόμετρα νότια από το Παλαιόκαστρο και υπάγεται διοικητικά στον Δήμο ανατολικής Σάμου. Περιλαμβάνεται στην εθνική απογραφή με κωδικό GR412340000. Ο υγρότοπος βρίσκεται εντός περιοχής που έχει χαρακτηριστεί ως Ειδική Ζώνη Διατήρησης (GR4120001), Ζώνη Ειδικής Προστασίας (GR4120007) και Καταφύγιο Άγριας Ζωής (Κ533) ενώ το 2012 πραγματοποιήθηκε δημόσια διαβούλευση για το Σχέδιο Π.Δ. για τον χαρακτηρισμό της περιοχής ως περιοχή προστασίας της φύσης, χωρίς ωστόσο να υπάρχει μετέπειτα εξέλιξη.

    o   Έλος Μεσοκάμπου: Το έλος Μεσοκάμπου βρίσκεται περίπου 3 χιλιόμετρα νότια - νοτιοδυτικά από το Παλαιόκαστρο, στο Δήμο Σάμου. Περιλαμβάνεται στην εθνική απογραφή με κωδικό GR412341000. 

    o   Δεξαμενή Ιμβράσου (αναφέρεται και ως Ιμβράσσου ή Ιμβρέσσου) και βρίσκεται περίπου 1,5 χιλιόμετρο δυτικά του οικισμού Μύλοι 

    o   Ο υγρότοπος της εκβολής Ποτάμι Καρλοβάσου: Βρίσκεται 2,5 χιλιόμετρα βοριοδυτικά του οικισμού Λέκα και υπάγεται διοικητικά στον Δήμο Δυτικής Σάμου.

    o   Η εκβολή του ποταμού Φουρνιώτικου: Βρίσκεται στα ανατολικά όρια του Καρλόβασι και υπάγεται διοικητικά στον Δήμο Δυτικής Σάμου.

    o   Η εκβολή του ρύακα Ιμβράσου: Η εκβολή αυτή αναφέρεται και ως Ιμβράσσου ή Ιμβρέσσου) βρίσκεται στα βορειοανατολικά όρια του οικισμού Ηραίου και υπάγεται διοικητικά στον Δήμο Ανατολικής Σάμου

    o   Η εκβολή του Χήσιου ρέματος: Εντοπισμένη τρία χιλιόμετρα βορειανατολικά του Πυθαγόρειου και υπάγεται διοικητικά στον Δήμο Ανατολικής Σάμου.

Εθνικά Πάρκα και Εθνικοί Δρυμοί στην περιοχή δεν υπάρχουν. Υπάρχουν όμως αξιόλογα τοπία στα όρια της δημοτικής ενότητας Πυθαγορείου τα οποία βρίσκονται ήδη σε καθεστώς  προστασίας από το ισχύον πλαίσιο.

Μεγάλης σημασίας είναι και οι πυρκαγιές που έλαβαν χώρα στο νησί της Σάμου. Τα τελευταία μάλιστα χρόνια έχουν παρατηρηθεί πολλές πυρκαγιές οι οποίες άφησαν μεγάλες καμένες εκτάσεις στο πέρας τους. Το 2016 στην θέση Ζερβού κάηκαν 755.50 εκτάρια. Το 2018 ξέσπασε πυρκαγιά στην θέση Κέδρος η οποία άφησε 146.86 εκτάρια καμένης έκτασης. Την επόμενη χρονιά, στα νότια ανατολικά του Πυθαγορείου και συγκεκριμένα στην θέση Μεσόκαμπος κάηκε έκταση 84.75 εκταρίων και τέλος  το 2021 ξέσπασε σημαντικής έκτασης (479.83 εκτ.) πυρκαγιά στη θέση Βουρλιώτες καίγοντας κυρίως μεταβατικές δασώδεις και θαμνώδεις εκτάσεις σύμφωνα με τις καλύψεις γης