Северомуйский тоннель считается одним из самых сложных инженерных проектов в России по нескольким причинам:

• Геологические и гидрологические условия. 35 Тоннель строили в районе Северо-Муйского хребта, где были выявлены четыре тектонических разлома шириной от 5 до 900 метров. 35 Приток воды из этих разломов доходил до нескольких сотен кубометров в час при гидростатическом давлении до 34 атмосфер. 35 Часто поступала термальная вода повышенной температуры, что потребовало разработки технологий её заморозки. 35
• Перенапряжённое состояние пород. 35 Район отличала повышенная сейсмичность. 35 Такие природные явления могут вызывать смещения горных пород до 1–1,2 м, а в отдельных случаях — до 5–7 м. 1
• Неоднородность грунта. 1 Внутри Северо-Муйского кряжа всё было в трещинах. 1 Было решено прорубить гору насквозь, что было сложно из-за неоднородности грунта и внутренних водных потоков. 1
• Высокая концентрация радиоактивного газа радона. 13 В горных выработках отмечалась высокая концентрация радона (до 3000 Бк/м³), что приводило к переоблучению работников. 13

Перед строительством тоннеля не были проведены в достаточной степени горно- и гидрогеологические исследования участка прохождения трассы тоннеля. 35 Это в итоге приводило к аварийным ситуациям в ходе строительства, а также к изменениям проекта, сроков и стоимости строительства. 35