Trata-se de um bioma bastante heterogêneo, com regiões distintas, cujas diferenças se devem à pluviometria, fertilidade e tipo de solos e relevo. Estas regiões são usualmente conhecidas como Sertão, Seridó, Curimataú, Caatinga e Carrasco.
O Seminário de Planejamento Ecorregional da Caatinga, realizado pela The Nature Conservancy do Brasil em parceria com a Associação Plantas do Nordeste em 2000 propõe oito ecorregiões no bioma Caatinga[1].
§ Complexo do Campo Maior: localizado quase integralmente no Piauí e sudoeste do Maranhão. Consiste nas regiões que sofre inundações periódicas nas planícies sedimentares.
§ Complexo do Ibiapaba-Araripe, composto pelas Chapadas da Ibiapaba e do Araripe.
§ Depressão Sertaneja Setentrional, desde a fronteira norte de Pernambuco, estende-se pela maior parte dos Estados da Paraíba, Rio Grande do Norte e Ceará e prolonga-se até uma pequena faixa ao norte do Piauí. A principal característica desta ecorregião são as chuvas irregulares ao longo do ano. É a área mais seca da caatinga.
§ Planalto da Borborema: abrange partes do Rio Grande do Norte, Paraíba, Pernambuco e Alagoas. O relevo movimentado e altitudes superiores delimitam a região.
§ Depressão Sertaneja Meridional: corresponde à maior parte do bioma. Representa a paisagem típica do sertão nordestino. Distingue-se da Depressão Sertaneja Setentrional por apresentar maior regularidade de chuvas e maior ocorrência de corpos de água temporários.
§ Dunas do São Francisco: localiza-se no centro-oeste do bioma. É caracterizado pelas dunas de areias quartzosas.
§ Complexo da Chapada Diamantina: localiza-se no centro-sul do bioma e corresponde à parte mais alta da caatinga. É a região de menor temperatura. Apresenta ilhas de campos rupestres nas partes mais altas, cercadas de caatinga nas regiões mais baixas.
§ Raso da Catarina: localiza-se no centro-leste do bioma. Caracteriza-se pela caatinga arbustiva de areia muito densa.