孝义矿产资源丰富，品种较多，探明有煤、铝、耐火粘土、铁、熔制石灰岩等矿产，且分布集中，地质条件好，便于开采。孝义的矿产资源尤以煤、铝为最，是中国第一批50个和山西省35个重点产煤地之一，也是国家铝工业的主要开发基地。
孝义境内煤炭资源是霍西煤田的重要组成部分，储煤面积为783.5平方公里，占境域总面积的82.8%。探明的地质储量为71亿吨，远景储量90亿吨，储量丰富，埋藏较浅，煤层稳定，品种齐全，煤质较好，易于开采。孝义煤炭的煤种以焦煤为主，兼有肥煤和瘦煤，其中，焦煤储量为25.64亿吨，约占储量的36.1%；肥煤储量10.39亿吨，约占总储量的14.6%；瘦煤储量为13.76亿吨，约占总储量的19.4%。孝义境内的煤层地质构造比较简单，除白壁关井田一带煤层埋藏超过600米外，一般埋深都在150—350米之间，主要煤层赋存稳定，倾角平缓，较易开采。
铝土矿是孝义市第二大矿产资源，主要分布于孝义的西部山区，埋藏面积约100平方公里。已探明保有储量2.6亿吨，其中工业可采量为8800万吨，储量约占全国总储量的20%，占山西省总储量的41%，占吕梁市储量的74%。全国最大的铝厂——河津铝厂的矿石基地就在孝义。境内的铝土矿赋存于石炭系中统本溪组下部的铁铝层中，矿体呈层状、似层状、透镜状，产于铝土页岩黏土岩层，与顶底界线清楚。且地质构造简单（矿体规模大，单矿体长度在1000米以上，宽400—1000米），埋藏浅，产状平缓，质量上乘，层位稳定，厚度较大，大部分矿体厚2—5米，最厚可达十余米。矿体规模较大，资源集中，极易开采，含铝量高，适宜大规模开采。依据矿产部门实验分析，孝义的铝矿含铝量高达74%，有着较大的开采价值。
孝义境内铁矿石属沉积型，类型单一，通常称为“山西式铁矿”，即“窝子矿”。这些铁矿石主要赋存于石炭系中统本溪组地层内，其分布大体与铝矿相当。有矿床8处，累计探明储量1964.3万吨，其中85%的含量集中在西河底矿区，矿石品位在31%—60%之间。
耐火粘土矿赋存于石炭系中统本溪组地层下部的铝土矿层之上或体间，与铝土矿相依共生。经探明的储量约8895.3万吨，主要成分是高岭石，其含量在30%—70%之间，耐火度在1730℃—1770℃之间。耐火粘土大型矿床2处，中型矿床5处，均为铝土矿的共生矿产，探明保有储量8915.3万吨。
熔剂石灰岩孝义境内仅有一处土表产地，即克俄矿区克俄、卜家峪北矿段。探明保有储量3609.0万吨，其中工业储量为2704.0万吨，分别占全国、省储量的5.2%与7.0%。
除以上各类矿产资源外，孝义还蕴藏丰富的石膏、硫铁矿、瓷土、紫砂工艺黏土、红色黏土、高岭土、饰面石材等其他矿产，这些矿产尚待开发利用。 孝义市境域国土总面积945.8平方公里，折合94580公顷，宜耕面积69770公顷，宜林面积11590公顷，垦植指数较高，实有耕地面积33760公顷，其中，水浇地面积1.2330万公顷，旱地面积2.143万公顷；牧草地4000公顷，其中，天然草地3867公顷，人工草地133公顷。
根据土壤的肥力等级，孝义市的土壤资源分为七个等级。高肥型土壤（一等地）：主要分布于境内东部的洪积平原地区，面积为869公顷，该类土地地面平坦，土层深厚，灌溉便利，肥力较高，制约因素极少，是孝义的高产农田。二等土地面积为13638公顷，该土壤质量较好，但土壤养分不足，灌溉不力，土体易旱偏黏。其中中肥型土地分布在西部季节性的河流的一级阶地，洪积平原的下部和一级阶地的较高地带，面积为3894公顷；易旱型土地分布于汾河西岸的二级阶地、台塬区面和丘陵区河谷地带,面积为1014公顷；偏黏型土地主要分布于洪积平原的下部和一级阶地较高处，面积为103公顷。三等土地面积为5144公顷，主要为漏砂型、偏砂型和轻盐型。四等土地面积为42077公顷，分为干旱型、中蚀型和中盐型土质。五等土地面积为3258公顷，分为砂型和重盐型两种土质。六等土地面积为17282公顷，主要有薄层型、重蚀型和粗骨型土质。七等土地面积为3350公顷，这类土地土质极差，难以利用。 孝义市境内地表水资源总量为6817万立方米，人均占有量152立方米，其中地表水可利用量为1733万立方米，地下水可开采量为3823万立方米，重复计算量为1738万立方米，水资源可利用量为3818万立方米，可利用率为56%。2006年各行业实际取水量6291万立方米，远超过可利用水量，人均用水量为123立方米，低于山西全省取水水平，属于全国水资源匮乏省份中严重缺水县市之一。
由于气候变化和人类活动的影响，1990年以后，水资源总量呈现出减少趋势，水资源开发利用程度已达到83.5%，其中地表水资源开发利用率为66.7%，属高开发利用区。地下水的开发利用程度达到了90.6%，开发利用程度较高，开发潜力较小。其中，平原区地下水开采系数为1.70，属严重超采区，山丘区开采量为315万立方米，占可开采量的79.5%。随着孝义工矿用水和城乡居民用水量的持续增加，供水矛盾日益突出，水资源严重匮乏。 孝义境内野生动物资源分禽、兽、爬行及昆虫四大类，禽类有猫头鹰、野鸡、布谷鸟等；兽类有金钱豹、野猪、松鼠等；爬行类有白条锦蛇、七寸蛇、青蛙等；昆虫类有蟋蟀、地黄蜂、蝗虫等。
野生植物有牧草、森林、植物类药材三大类。天然牧草资源主要分布在西北部的南阳、杜村两乡，面积约117356亩，占全市总面积的8.4%；山林则以天然森林为主，林地面积214170.7亩，占全市土地总面积的15.24%。其中森林面积101682亩，主要分布在西北薛颉岭一带，海拔1200米以上的低中山区。主要林片有杜村林片、南阳林片、下堡林片、阳泉曲林片、西泉林片、驿马林片。植物类药材主要有桑叶、地肤子、菜菔子、山桃仁、侧柏、火麻仁等100余种。
