Le Lac d'Oô (1 504 m) est la randonnée emblématique de Luchon — un lac de surcreusement glaciaire aux eaux bleu-vert dans un cirque pyrénéen classique, accessible depuis les Granges d'Astau (1 139 m) par un sentier de 365 m de D+ en 2h aller. Sa réputation est universelle dans les Pyrénées — il est photographié depuis le XIXe siècle, peint par les artistes de l'école de Barbizon qui fréquentaient Luchon. La cascade d'Oô — visible depuis le lac — est une chute de 270 m depuis le lac d'Espingo en amont, tombant en pleine paroi directement dans le lac inférieur. C'est une des plus impressionnantes cascades des Pyrénées. La montée depuis les Granges d'Astau traverse la forêt de hêtres et de sapins puis les alpages, avec des vues progressives sur le cirque. Les isards (Rupicapra pyrenaica) sont observables dès les abords du lac, souvent par groupes de 5 à 15 individus. Extension possible au Lac d'Espingo (1 967 m) (D+ 463 m supplémentaires, 1h30) — second lac encore plus sauvage, avec le Refuge d'Espingo (CAF, gardé) pour les nuitées.

Superbagnères (1 804 m) est la station de ski de Luchon — perchée à 1 174 m au-dessus de la ville, accessible par la route D46 (22 km) ou par la télécabine de la Piques (été). La montée depuis Luchon à pied est une des montées cyclistes les plus connues des Pyrénées — empruntée plusieurs fois par le Tour de France en catégorie Hors Catégorie (10,7 km, D+ 1 174 m, 11% de pente moyenne). Depuis Superbagnères, les crêtes frontières franco-espagnoles (2 000-2 500 m) sont accessibles à pied — arêtes de granite dominant simultanément la vallée de Luchon au nord et les hautes vallées pyrénéennes espagnoles au sud. Le panorama embrasse au nord la chaîne sous-pyrénéenne et la plaine de Tarbes, au sud le massif de la Maladeta avec l'Aneto (3 404 m — point culminant des Pyrénées). L'isard est l'animal emblématique de ce secteur — groupes de 20 à 50 individus régulièrement observés depuis les sentiers de crête. La Cascade des Demoiselles (km 4 de la route vers Superbagnères — chute de 28 m accessible en 15 min depuis la route) vaut un arrêt.

Le Port de Venasque (2 444 m) est le col frontière franco-espagnol le plus proche de Luchon — un "port" pyrénéen (le mot occitan désignant un col de haute montagne) reliant la vallée de la Pique côté français au val de Benasque côté espagnol. La montée depuis l'Hospice de France (1 385 m) — ancienne hôtellerie du XVe siècle des hospitaliers de Saint-Jean qui accueillait les pèlerins traversant les Pyrénées — monte régulièrement par la forêt puis les alpages de haute altitude. Depuis le col, la vue sur le massif de la Maladeta est frontale et saisissante : l'Aneto (3 404 m) — le point culminant des Pyrénées — et son glacier (le Glacier d'Aneto, en régression catastrophique : -60% depuis 1950, disparition projetée avant 2050) à 8 km à vol d'oiseau. La frontière franco-espagnole passe sur la crête du col. Les isards sont abondants dans les zones rocheuses entre l'Hospice et le col. Le bouquetin ibérique (Capra pyrenaica) colonise progressivement ce secteur depuis sa réintroduction en France (Ossau).

Le Pic de la Mine (2 720 m) domine le cirque de la haute Pique depuis son sommet de granite — un sommet accessible depuis l'Hospice de France par un sentier long et régulier, avec des vues progressives sur les Pyrénées centrales. Son nom est d'origine historique : des mines de plomb argentifère ont été exploitées dans ce secteur depuis le Moyen Âge jusqu'au XIXe siècle — les anciens dépôts miniers (terrils) et galeries partiellement effondrées sont encore visibles depuis le sentier de montée, témoignant d'une exploitation intense qui alimentait les ateliers de frappe monétaire de Toulouse. L'Hospice de France (1 385 m) lui-même — une hôtellerie fondée au XVe siècle par les Hospitaliers de Saint-Jean de Jérusalem pour les pèlerins et voyageurs traversant les ports pyrénéens vers l'Espagne — est un des sites les plus chargés d'histoire des Pyrénées centrales. Le gypaète barbu (Gypaetus barbatus) — espèce indigène des Pyrénées qui n'en a jamais disparu contrairement aux Alpes — est régulièrement observé depuis les grandes parois de la haute Pique. Sa présence continue depuis des siècles dans les Pyrénées le distingue des populations alpines réintroduites depuis 1986.

Le Lac du Portillon (2 571 m) est un des lacs pyrénéens les plus hauts et les plus sauvages accessibles depuis Luchon — un lac de cirque glaciaire situé directement sur la crête frontière franco-espagnole, dont les eaux appartiennent techniquement aux deux pays. Son accès depuis Superbagnères (1 804 m) par un sentier balisé (D+ 767 m, 2h30 aller) traverse les crêtes frontières et les alpages de haute altitude. Encadré par les crêtes du Maupas (3 109 m) et les parois de granite constituant la frontière, le lac présente une atmosphère radicalement différente du Lac d'Oô — plus haute en altitude, plus aride, avec un vent presque permanent qui ride la surface. Les isards sont présents par groupes importants autour du lac — le Portillon est un des secteurs où les observations de 30-50 individus simultanément sont les plus régulières du Luchonnais. La marmotte pyrénéenne (Marmota marmota) — introduite dans les Pyrénées dans les années 1950 depuis les Alpes, où elle n'est pas native — est abondante dans les alpages autour du lac. La borne frontière franco-espagnole (gravée "RF" côté français, "RE" côté espagnol) est visible sur la crête au-dessus du lac.

La Vallée du Lys (ou vallée du One) est le vallon sauvage qui monte directement depuis Luchon en direction du cirque du Lys — une vallée encaissée dans le granite avec plusieurs cascades successives dont la célèbre Cascade d'Enfer (chute de 50 m dans une faille rocheuse, accessible par passerelles métalliques). La promenade de proximité par excellence pour les curistes et les familles de Luchon : elle démarre à quelques centaines de mètres du centre thermal, monte dans une forêt de hêtres humide et luxuriante (la végétation atlantique dense, caractéristique des Pyrénées centrales — fougères, orchidées forestières, géraniums des forêts, digitales) et révèle un paysage de gorges granitiques très différent des cirques ouverts d'altitude. La rivière Lys aux eaux limpides descend en cascades depuis le cirque supérieur. La combinaison parfaite d'un séjour à Luchon : Vallée du Lys le matin + Thermes l'après-midi. L'Établissement Thermal de Luchon (eau sulfurée à 56°C, ouvert de mars à novembre) propose des formules détente à la journée sans prescription médicale — idéales pour récupérer après une randonnée exigeante.