En el centro del Parque, el río Martín atraviesa en su discurrir el macizo cálcareo de las Muelas -entre los términos municipales de Obón y Torre de las Arcas-, los montes de Benicozar y Guardías -en Alcaine-, y las sierras de los Moros y de Sancho Abarca -entre esta última localidad y Oliete-, que son surcadas por dos de sus afluentes principales el río Radón y el río Seco. En la depresión que se origina en estas sierras (Foz del río Martín) y entre las localidades de Alcaine y Oliete se construyó el embalse de Cueva Foradada que, al tiempo que regula las aguas del Martín con destino al riego de la fértil vega que origina, proporciona a sus aguas un descanso en su ajetreado serpentear.
Al norte es la sierra de Arcos la que dificultó su discurrir camino de su desembocadura en el Ebro. Por sus estribaciones, el barranco de la Muela y del Mortero -que tienen su origen en Alacón-, y el río Escuriza -a la altura de Ariño-, unen sus aguas al Martín para abrir una profunda brecha en la sierra que se conoce como los Estrechos, poco antes de llegar a Albalate del Arzobispo, límite por el nordeste del Parque Cultural del río Martín.
