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L'île de Palmaria, avec sa superficie de 1,89 km², est la plus grande des trois îles du golfe de La Spezia et de tout le territoire de la Ligurie; les deux autres îles, Tino et Tinetto, se rejoignent en descendant quelques centaines de mètres en ligne droite vers le sud.
L'île a une forme triangulaire: les côtés faisant face à Porto Venere et au golfe de La Spezia sont les plus anthropisés et descendent doucement jusqu'au niveau de la mer, recouverts d'une végétation typiquement méditerranéenne.
Le côté de l'île orienté à l'ouest, vers la mer ouverte, est plutôt caractérisé par de hautes falaises surplombant l'eau, dans lesquelles il y a de nombreuses grottes: la grotte bleue, qui peut être visitée en bateau, et la Grotta dei Colombi sont remarquables., accessible uniquement en rappel avec des cordes. Cette dernière grotte en particulier s'est avérée très importante dans l'étude des événements historiques du Golfe, car des ossements fossiles d'animaux du Pléistocène ont été trouvés à l'intérieur, comme le chamois et le harfang des neiges, mais surtout les restes de sépultures humaines, qui attestent la présence de l'homme il y a au moins cinq mille ans.
Sur l'île se trouvent également de nombreux bâtiments à caractère militaire et d'un grand intérêt historique: au sommet, inaccessible en tant qu'ancien territoire militaire et actuellement en état de délaissement, le fort Conte di Cavour (ou Fort Palmaria), la batterie expérimentale maintenant utilisé comme centre d'éducation environnementale et sémaphore de batterie; à Punta Scuola, la tour blindée Umberto I - qui était équipée de deux canons Krupp de 400 mm, c'est-à-dire du plus haut calibre de l'époque -, utilisée comme prison militaire après la Seconde Guerre mondiale et récemment rénovée et les restes de l'Albini la batterie; disséminés dans toute l'île, plusieurs bunkers datant de la Seconde Guerre mondiale et les vestiges de positions d'artillerie côtière et antiaérienne pour la plupart inaccessibles car abandonnés et envahis par la végétation.
A noter, dans la partie sud de l'île appelée Pozzale, la carrière aujourd'hui abandonnée et autrefois utilisée pour l'extraction du précieux marbre noir à stries dorées appelé portoro. Il reste les restes des grues et des palans utilisés pour déplacer les blocs de marbre, ainsi que les murs des maisons des mineurs.