灾害的形成是人类社会与自然界不和谐互动的结果。灾害有自然灾害和人为灾害。灾害形成的自然因素很多，其中主要有天象变化、气候变化、地理环境以及地球系统变化等等。对于灾害形成的自然因素，学界早已经开展研究并已取得众多成果。由于灾害形成的自然因素的研究属于自然科学的研究范畴，所以这里仅作简要介绍。
一、天象变化
天象既是指天文现象，也指天空中风云等变化现象。自然界有其自身的运行规律，宇宙中各个星体既相互排斥又相互吸引，基本上处于一种平衡状态，但这种平衡是一种动态的平衡，时刻处于相互影响相互作用变化之中，这种变化就叫天象变化。
天象变化可能会直接导致自然灾害，也可能通过影响气候、地球系统和地理环境而间接导致自然灾害。导致自然灾害的天象变化主要有日食、太阳活动、九星地心会聚等。
（一）日食
日食是形成水旱等灾害的主要原因。日食通过影响赤道与两极地区的温度使大气环流发生改变，大气环流的改变又直接导致水旱等灾害。灾害性天气与日食沙罗周期有较好的一致性。西汉自汉高祖至更始帝共有日食50多次，东汉时日食计有70多次。西汉230年间有141个灾害年份，有各种灾害记录263次；东汉统治的196年间有166个灾害年份，各种灾害记录456次。西汉平均约每年1.1次灾害记录，而东汉平均约每年2.3次灾害记录。可见，日食发生频繁的时期灾害的发生也比较频繁。
（二）太阳活动
灾害与太阳活动有关。两汉时太阳活动极度衰弱，各种灾害相继发生。东汉天象背景太阳黑子出现极小期，其中公元1—2世纪中叶极小期为公元前649年以后的1800余年间最小位，属气候状况恶化期，各种灾害频繁发生。
（三）九星地心会聚
九星地心会聚是指太阳及其所有行星均处于地球同一侧，且最外两颗行星的地心张角为最小的天文现象，这种现象具有周期性。九星地心会聚发生在冬半年时，由于地球公转半径冬长夏短，必然引起地球公转速度冬慢夏快，即冬半年季节延长和夏半年季节缩短，使得北半球接受太阳总辐射量减少。由此累积若干年，造成北半球气候变冷趋势。九星地心会聚在冬半年时的地心张角愈小，气候变冷趋势愈显著。此外，在九星地心会聚附近年代，行星与地球、月亮（或太阳）三个天体成直线时的非经典引力效应常常会在数日内异常集中，当它满足特定组合时，也可能有较多的机会触发灾害性天气的发生。五千年来不论是气候异常期还是气候恶化期，与九星地心会聚参数的关系都是一致的。九大行星地心会聚常引起地球上气候异常或恶化，自然灾害频繁发生。从任振球先生所绘《中国五千年来温度变迁与九星会聚地心张角》图上来看，秦和西汉属于气候非恶化期，东汉只能算是气候相对恶化期，并非气候严重恶化期。
（四）星象变化
星象变化与自然灾害有一定的呼应关系。秦汉时，人们已经注意到星象变化与自然灾害之间的关系。《汉书·天文志》和《后汉书·天文志》当中都记载了星象变化与灾害之间的关系。不过汉代的论述多含天人感应的观念，大多是不科学的。
二、气候变迁
历史气候变迁会引起自然灾害次数与烈度的变化已经成为定论。气候变化与灾害的发生有很好的相关性。气候温暖期灾害相对较少，气候寒冷期正是各种自然灾害高发期。从竺可桢所绘《一万年来挪威雪线高度与五千年来中国温度变迁图》上可以看出，中国历史上存在冷期和暖期的交替变化，秦汉时期总体上是属于气候温暖期，但东汉中后期已经进入一个寒期（约公元100—400年）当中，中国气候开始寒冷。王子今从节气、竹豆、小麦种植、民族迁徙等方面论证了东汉处于气候转寒期，东汉晚期气候急剧转至极冷。卜风贤认为东汉初期（公元70年以前）处于冷暖过渡期，公元70年以后气候变冷，为冷气候阶段。陈业新认为西汉时气温与今天相比无大差异，前后汉相比，西汉略冷，东汉稍暖，但其间有多次波动，东汉末年，气候急剧转冷。上述研究成果从不同侧面证明了秦汉时期气候变化与灾害发生频次之间的关系。
三、灾害引发灾害——灾害链的存在
秦汉时期，各种灾害的交织发生现象十分明显。自然界是一个复杂多变的综合体，各种事物之间存在着复杂多样的联系。当综合体中某种要素发生重大变化而对人类造成危害时（灾害学上称之为原生灾害），往往又会引起其他要素的变化而造成另外的灾害（灾害学上称之为次生灾害），次生灾害又会造成更次生灾害。灾害学上把这种时间前后相继、成因相互关联而相继发生的灾害现象叫做灾害链。水灾引发疾疫，水旱相交引发蝗灾，蝗虫随水而生遇旱而昌，遇风愈炽遇雨而灭。满志敏先生在谈及干旱作为影响蝗灾时间变化的主要因素之一时说：“干旱与蝗灾的统计关系非常良好，史书上常把旱蝗并列一起记载。这里无须引证更多的史料记载，只要简单地提到两个例子就足以说明，其一，陈家祥在研究历史蝗灾中已经得出中国蝗灾与干旱有良好的统计关系。其二，国家气象局等单位在编制《中国近五百年旱涝分布图集》时，把蝗灾作为气候上干旱的间接指示。”地震会导致河流决口造成水灾，大地震到来之前往往有大旱灾。大量统计事实表明：旱、洪涝、地震三大自然灾害有着内在联系。
四、地球系统与地理环境因素
（一）地球系统
威胁人类的自然灾害，几乎无一例外地发生在地球系统（岩石圈、生物圈、水圈、大气圈）中，而这些地球系统的物质圈正是人类赖以生存和发展的大环境。地球自转速度的年际变化与厄尔尼诺之间有很好的统计相关，自转较慢的年份赤道东太平洋海温升高。地球上板缘地震的发生亦有明显的年际变化，地震活跃期刚好是地球自转较慢的时期。台风多的年份与地震平静期相对应，台风少的年份与地震活跃期相对应。板内地震地凸区与高地温区，地凹区与低地温区基本对应，与其降水分布对照，则地凸区对应多雨区，地凹区对应着少雨。
（二）地理环境突变期
地理环境突变期是灾害高发期。据学者研究，公元一至五世纪也是一个多火山地震，大雨洪水，江河泛滥，干旱螟蝗频繁，大雪奇寒严重，冷暖变迁剧烈，生物变异的时期。这时候暖寒突变，幅度较大。温暖的时候大群大群的孔雀北飞至泰山、济南、新丰、济阴和新城。这是中国历史上孔雀分布的最北界线。如东汉桓帝建和元年（公元147年）、光和四年（公元181年）等都有“五色大鸟”、“凤凰”成群出现的记录。东汉南阳、山东、江苏一带出土的汉画石像也形象逼真地反映了这一状况。不多久转入寒冷，曹丕于公元225年到淮河边广陵（今淮阴）视察10万多士兵演习，由于淮河冻结，演习不得不停止。可见，西汉末年和东汉时天气的寒暖变幅是很大的，此时正处于我国历史上1—5世纪的地理环境突变期当中，自然灾害发生频繁。
