Các thành phần phi sinh vật hoặc không sống của hệ sinh thái sa mạc bao gồm thành phần đất, lượng mưa hàng năm, nhiệt độ và gió thịnh hành. Những yếu tố này ảnh hưởng đến các thành phần sinh vật hoặc sống của hệ sinh thái. Ví dụ, sự khan hiếm nước khiến thực vật phát triển ở những vùng trũng hoặc những khu vực có mái che có khả năng giữ ẩm nhiều hơn.
Ngoài lượng mưa ít ỏi - một yếu tố quyết định của sa mạc - thì nhiệt độ trung bình là một trong những yếu tố phi sinh học quan trọng nhất ảnh hưởng đến sa mạc. Điều này được minh họa rõ nhất bằng sự khác biệt trong hệ động thực vật bản địa của một sa mạc nhất định, tùy thuộc vào sa mạc nóng hay mát. Ví dụ, Nam Cực là một sa mạc lạnh giá có nội địa băng giá hỗ trợ ít động vật ngoài chim cánh cụt. Ngược lại, các sa mạc nóng bỏng ở Tây Nam Hoa Kỳ và Bắc Phi là nơi sinh sống của nhiều loại động vật không xương sống, bò sát, chim và động vật có vú.
Hóa chất của đất ảnh hưởng mạnh mẽ đến thực vật mọc ở các sa mạc khác nhau, cũng như tốc độ và hướng gió trung bình. Ví dụ, nếu gió lớn và dai dẳng thổi qua sa mạc cát, các cồn cát có thể hình thành. Vì chúng liên tục di chuyển từ nơi này sang nơi khác nên thực vật không thể tự hình thành ở những vùng như vậy.
Các sa mạc thường có nhiều ánh nắng mặt trời - một yếu tố phi sinh học khác ảnh hưởng đến đời sống của các loài thực vật bản địa - vì vậy các lực lượng tiến hóa đã tập trung vào việc giúp thực vật có được nguồn tài nguyên khan hiếm nhất trong môi trường sống: nước.
