Phù Lưu là xã nằm phía Bắc huyện Hàm Yên, cách trung tâm huyện Hàm Yên 15 km, tổng diện tích đất tự nhiên của xã là 8.863,81 ha, có vị trí tương đối thuận lợi, có sông Lô, tỉnh lộ 189 và nhiều tuyến đường trục chính chạy qua đó là điều kiện thuận lợi cho xã phát triển kinh tế, giao lưu văn hóa và tiếp thu các thành tựu khoa học kỹ thuật. Xã có vị trí tiếp giáp như sau:
- Phía Bắc giáp xã Trung Hà, Hà Lang huyện Chiêm Hóa;
- Phía Nam giáp xã Tân Thành, huyện Hàm Yên;
- Phía Đông giáp xã Minh Hương, huyện Hàm Yên;
- Phía Tây giáp xã Minh Dân, Yên Phú huyện Hàm Yên.
Xã có địa hình khá đa dạng, bao quanh là đồi núi cao, xen kẽ là các cánh đồng thấp hay bị ngập úng khi có lượng mưa lớn. Độ cao trung bình nơi tương đối bằng phẳng từ 45 – 60 m, độ cao trung bình tại khu vực đồi núi là 450 – 500 m. Xã có hướng dốc từ Bắc xuống nam và từ Đông Bắc sang Tây Nam. Nhìn chung địa hình của xã khó khăn trong việc xây dựng cơ sở hạ tầng, phát triển khu dân cư.
Chịu ảnh hưởng của vùng nhiệt đới gió mùa hàng năm có hai mùa rõ rệt, mùa hè nóng ẩm mưa nhiều từ tháng 4 đến tháng 9; mùa đông lạnh, khô từ tháng 10 đến tháng 3 năm sau.
- Nhiệt độ trung bình năm là 230C , nhiệt độ trung bình các tháng về mùa đông là 160C, nhiệt độ trung bình các tháng mùa hè là 280C.
- Độ ẩm trong năm giao động trong khoảng 85 - 87%.
- Lượng mưa trung bình năm là 1.500 - 1800 mm; mùa mưa từ tháng 5-9; tháng 10 đến tháng 4 năm sau ít mưa (chiếm khoảng 15-20% tổng lượng mưa trong năm).
Chế độ thủy văn của xã Phù Lưu chịu ảnh hưởng của nhiều loại địa hình, Điển hình cho hệ thống sông, suối chi phối nhiều đến chế độ thủy văn trong xã là sông Lô và suối Thụt chảy từ khiêng và khu vực nặm nương ra đây là sông và suối chính và lớn nhất chảy qua địa bàn. Nhìn chung các con suối này có độ dốc khá lớn lòng hẹp, thường ít nước về mùa khô.