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본섬은 과거 1개의 섬이었으나, 지협이 되고 있었던 부분에 운하를 팠다. [[간분]](寛文) 12년([[1672년]])에 오후나고시 세토(大船越瀬戸), [[1900년]](메이지 33년)에 만제키세토(万関瀬戸)가 개통되어 가늘고 길었던 섬은 남북 세 곳으로 분리되었다. 과거에는 남부를 가미시마(上島)、북부를 시모시마로 불렀으나, 오늘날에는 만제키세토 북부를 가미시마, 남부를 시모시마로 부르고 있다.
전체적으로 산이 매우 높은 편이며 특히 시모시마 방면에 표고가 높은 산이 많다. 시모시마 중앙부에는 최고봉 야타테 산(矢立山, 표고 648.40m{{<refnest|group="*"}}>平成28年三角点標高成果の改定に伴う標高変更で649mから648mと1m低くなった。({{Cite web|url=[http://www.gsi.go.jp/KOKUJYOHO/MOUNTAIN/koshin_naiyo.pdf|format=PDF|title= 日本の主な山岳標高〔更新内容（平成21年度以降）はこちらをご覧下さい。〕|publisher=[[(国土地理院]]|date=|accessdate=2016-05-11}}) 尚、山頂にある三等水準点の標高は648.40m({{Cite web |url=[http://sokuseikagis1.gsi.go.jp/ |title=基準点成果等閲覧サービス |publisher=[[国土地理院]] |accessdate=2016-05-11|quote=基準点コード TR35129211801}})</ref>)이 있고 메이시노단 산(舞石ノ壇山, 표고 536.32m<ref group="*">三等三角点 基準点名:真石、基準点コード: TR35129129001</ref>) ・ 다테라야마(龍良山, 표고 558.38m<ref group="*">二等三角点 基準点名:男竜良、基準点コード:TR25129117701</ref>) 등이 야타테 산줄기를 이루어 우치야마 분지(内山盆地)를 에워싸고 있다. 그 북동쪽으로 아리아케 산(有明山, 표고 558.09m<ref group="*">一等三角点 基準点名:有明山、基準点コード:TR15129224101</ref>)이 있고, 아소 만 남안에 시라타케(白嶽, 표고 518m)이 있다. 가미시마 최고봉은 북부에 위치한 미타케(御嶽, 표고 479m)이다.
섬 안의 분수계는 동쪽으로 치우쳐 있는데 주요 6개 하천 가운데 사고가와(佐護川) ・ 니타가와(仁田川) ・ 미네가와(三根川) ・ 사쓰가와(佐須川) ・ 세가와(瀬川) 다섯 곳은 서쪽을 향해 흐른다. 동쪽으로 흐르는 가장 큰 하천으로 섬 안 유역 면적 5위에 해당하는 것이 슈시가와(舟志川)이다.
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