Das Horlachtal liegt in den Stubaier Alpen und ist ein orographisch rechtes Seitental des Ötztals. Geologisch dominieren annähernd O-W streichende Gneise und Glimmerschiefer der Ötztaler Masse (BÖGEL & SCHMIDT 1976). Von dem ebenfalls in O-W Richtung verlaufenden Haupttal zweigen nach Süden drei große Nebentäler (Zwieselbachtal, Larstigtal, Grastal) ab, im Norden schließt sich das Finstertal an.
Das Untersuchungsgebiet wurde im Pleistozän stark durch Gletscher geformt (HEUBERGER 1966). Der neuzeitlich vergletscherte Flächenanteil ist mit 4,9% relativ gering (BECHT 1995) und nimmt beständig ab, so dass aktuell die Formung durch fließendes Wasser und Massenbewegungen dominiert. Das Gebiet erstreckt sich von 1476 bis auf 3287 m ü.M. – ein Höhenunterschied von rund 1800 m. In den tieferen Lagen wird extensive Weidewirtschaft betrieben, die Waldgrenze liegt aktuell bei ca. 2200 m ü.M. und wird durch Lärchen-, Fichten- und Zirbenbestände gebildet. Über der Waldgrenze schließen sich bis zur vegetationsfreien Schutt- und Felsregion Zwergstrauchheiden, alpine Matten und Pioniervegetation an. Im Untersuchungsgebiet sind Braunerden, Podsole und Rohböden anzutreffen (BECHT 1995). Der mittlere jährliche Niederschlag beträgt etwa 1000 mm (TIWAG, Station Niederthai). Der Jahresgang des Abflusses im Horlachbach ist durch Schneeschmelzabfluss im Frühsommer geprägt, der durch sommerliche Regenereignisse überlagert wird (BECHT 1995); die Gletscherschmelze zeigt sich in einer tages- und jahreszeitlichen Schwankungen des Abflusses. Starkregenereignisse in den Sommermonaten haben in den letzten Jahrzehnten (z.B. 1991, 2005) zu verstärkter geomorphologischer Aktivität in weiten Teilen des Untersuchungsgebiets geführt (zahlreiche Rutschungen und Murgänge, Hochwasser mit starkem Geschiebetrieb und Überschotterung der ufernahen Bereiche, partieller Ausbruch des Grastalsees).
Abflussverhalten und Sedimenttransport des Hauptgerinnes werden an Pegeln nahe der Horlachalm und in Niederthai seit über 30 Jahren durch die TIWAG erfasst. Im Rahmen des SEHAG-Projekts werden zusätzliche Abflusspegel eingerichtet und Klimamessungen durchgeführt.