Je známo, že Severoněmecká nížina vznikla během pleistocénu v důsledku různých zalednění pevninských skandinávských ledovců i periglaciálních geomorfologických procesů. Území lze považovat za součást starého nebo mladého driftu (Alt- nebo Jungmoräne) podle toho, zda bylo vytvořeno ledovcovými příkrovy posledního glaciálu, weichselské doby ledové, či nikoli. Reliéf povrchu se pohybuje od rovinatého po zvlněný. Nejnižšími místy jsou nízká rašeliniště a staré mokřady na okraji suchého hřbetu na západě Šlesvicka-Holštýnska (Wilsterský močál je 3,5 m pod úrovní moře) a na severozápadě Dolního Saska (Freepsum, 2,3 m pod úrovní moře). Nejvyšší místa lze označit jako terminální morény Visly a Hallského zalednění (podle doby ledové, která je vytvořila) – např. na Flämingském vřesovišti (200 m n. m.) a Helptských vrších (179 m n. m.). Po ledových dobách vznikla v západním a severním Dolním Sasku v teplých obdobích s vysokými srážkami (pod vlivem středověkého teplého období) deštěm napájená vrchoviště. Tato rašeliniště byla dříve velmi rozšířená, ale velká část tohoto území je dnes odvodněna nebo jinak vytlačena.
Pobřežní oblasti tvoří holocenní jezerní a říční bažiny a laguny navazující na pleistocenní terén starého a mladého driftu v různém stadiu vzniku a zvětrávání. Po ústupu ledovců nebo během něj se z větrem unášeného písku často vytvořily duny, které byly později fixovány vegetací. Zásahy člověka způsobily vznik otevřených vřesovišť, jako je Lüneburské vřesoviště, a opatření jako odlesňování a takzvaný Plaggenhieb (odstraňování svrchní vrstvy půdy pro použití jako hnojiva na jiném místě) způsobily rozsáhlé ochuzení půdy (Podsol). Nejúrodnějšími půdami jsou mladé močály (Auen-Vegen) a oblasti Börde (Hildesheim Börde, Magdeburg Börde s úrodnými sprašovými půdami). V nejchudších půdách, např. v oblasti Teufelsmoor, se vyskytuje vysokobylinná rašelina. V sprašových oblastech nížiny se nacházejí nejstarší sídlištní lokality v Německu (kultura s lineární keramikou).
Severovýchodní část nížiny (Mladá sníženina) je geomorfologicky výrazná a obsahuje množství jezer (např. Müritzské jezero v Meklenburské jezerní plošině), která jsou pozůstatkem poslední doby ledové. Ustupující ledovce po sobě tuto krajinu zanechaly přibližně před 16 000 až 13 000 lety. Oproti tomu suché roviny severozápadního Německa (Dolní Sasko, západní Šlesvicko-Holštýnsko a oblast Bochumi v Severním Porýní-Vestfálsku) jsou silněji zvětralé a zarovnané (Starý drift), protože k poslednímu rozsáhlému zalednění zde došlo nejméně před 130 000 lety.
Oblast je odvodňována řekami, které tečou na sever do Severního nebo Baltského moře. Nejvýznamnějšími řekami, které odvodňují Severoněmeckou nížinu do Severního moře, jsou Rýn, Ems, Vezera, Labe a Havel, které ve svých nivách a záhybech vytvořily lesy, například Spreewald („Sprévský les“). Pouze malá část Severoněmecké nížiny spadá do povodí Odry a Nisy, které se vlévají do Baltského moře.
.