Ubicado en el Altiplano central mexicano a 2 280 metros sobre el nivel del mar, el municipio de Santa Isabel Xiloxoxtla se sitúa en un eje de coordenadas geográficas entre los 19 grados 16 minutos latitud norte y 98 grados 13 minutos longitud oeste.
Este municipio, se localiza al sur del estado, colinda al norte con el municipio de Tlaxcala, al sur colinda con el municipio de Teolocholco, al oriente se establecen linderos con el municipio de La Magdalena Tlaltelulco asimismo al poniente colinda con el municipio de Tepeyanco.
De acuerdo con la información del Instituto Nacional de Estadística, Geografía e Informática, el municipio de Santa Isabel Xiloxoxtla comprende una superficie de 5.87 kilómetros cuadrados como cifra preliminar, lo que representa el 0.13 por ciento del total del territorio estatal, el cual asciende a 3,991.14 kilómetros cuadrados.
Se presenta en el municipio una sola forma característica de relieve, que es la de zonas planas y abarca la totalidad del municipio.
Los recursos hidrográficos del municipio son escasos, existen arroyos de caudal en época de lluvias y diez pozos de extracción de agua.
En el municipio el clima se considera semiseco templado, con régimen de lluvias en los meses de mayo a septiembre y parte de octubre, la dirección de los vientos en general es de sur a norte. Igualmente la temperatura media anual máxima registrada es de 22.6 grados centígrados con una máxima de 25.8 y una mínima de 3.8 grados centígrados. La precipitación promedio máxima registrada es de 156.3 milímetros y la mínima de 4.5 milímetros.
Los componen sus tierras de cultivo agricola y pastos para la cria de ganado.
Por su ubicación geográfica, clima, crecimiento urbano e industrial, en este municipio la vegetación silvestre prácticamente ha desaparecido, la vegetación arbórea en el área, es de tipo secundario y se encuentra en los límites parcelarios y a los lados de caminos y calles, las especies representadas son fresnos (Fraxinus uhdei), sauces (Salix babilonica), zapote blanco (Casimiroa edulis), tepozán (Buddleia cordata), tejocote (Crataegus pubescens), cedro blanco (Cupressus benthamii), capulín (Prunus serotina) y algunas especies introducidas como la casuarina, trueno y eucalipto, además de árboles frutales como pera, durazno, chabacano y nogal.
No obstante el crecimiento y expansión acelerada de la mancha urbana, en el territorio del municipio, todavía es común encontrar algún tipo de fauna silvestre, entre los que destacan; conejo (Silvilagius floridanus), liebre (Lepus californicus), ardilla (Spermophilus mexicanus), cacomixtle (Bassariscus astutus), tlacuache (Didelphys marsupialis), tuza, sencuate y salamandra.
Existen en el territorio del estado los suelos tipo cambisoles, litosoles, andosoles, regosoles, gleysoles, fluvisoles, vertisoles, solonchaks, ranker, rendzinas, serosoles e histosoles. En el municipio de Santa Isabel Xiloxoxtla existen dos grandes tipos de suelos: los cambisoles y fluvisoles. Los cambisoles son aquellos suelos de sedimentos piroclásticos translocados, con frecuencia con horizontes duripan ó tepetate. Los suelos fluvisoles, provienen de sedimentos aluviales, poco desarrollados y profundos.
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