Det er kendt, at den nordtyske slette blev dannet i løbet af Pleistocæn som følge af de forskellige istidsfremstød fra de skandinaviske iskapper på landjorden samt af periglaciale geomorfologiske processer. Terrænet kan betragtes som en del af den gamle eller den unge gletsjer (Alt- eller Jungmoräne), alt efter om det blev dannet af iskapperne fra den sidste istid, Weichsel-istiden, eller ej. Overfladens relief varierer fra jævnt til kuperet. De laveste punkter er lave hedeområder og gamle moser på kanten af den tørre højderyg i den vestlige del af Slesvig-Holsten (Wilstermosen ligger 3,5 meter under havets overflade) og i den nordvestlige del af Niedersachsen (Freepsum, 2,3 meter under havets overflade). De højeste punkter kan betegnes som Weichsel- og Hall-gletsjernes slutmoræner (afhængigt af hvilken istid, der har dannet dem) – f.eks. på Fläming-heden (200 meter over havet) og Helpt Hills (179 meter over havet). Efter istiderne opstod der i det vestlige og nordlige Niedersachsen i varme perioder med store nedbørsmængder (som påvirket af den middelalderlige varmeperiode) regnvandsfodrede højmoser. Disse moser var tidligere meget udbredte, men meget af dette terræn er nu blevet drænet eller på anden måde erstattet.
Kystområderne består af holocæne sø- og flodmoser og laguner, der er forbundet med Pleistocæne Old og Young Drift-terræn i forskellige stadier af dannelse og forvitring. Efter eller under gletsjernes tilbagetrækning dannede vindbåret sand ofte klitter, som senere blev fastgjort af vegetation. Menneskeindgreb forårsagede fremkomsten af åbne heder som Lüneburg-heden, og foranstaltninger som f.eks. skovrydning og den såkaldte Plaggenhieb (fjernelse af muldjord til brug som gødning andetsteds) forårsagede en omfattende forarmelse af jorden (Podsol). De mest frugtbare jorde er de unge moser (Auen-Vegen) og Börde-områderne (Hildesheim Börde, Magdeburg Börde, med deres frugtbare løssjord). På de fattigste jorde findes der højmosetørv, f.eks. i Teufelsmoor. I lavlandets løssområder findes de ældste bosættelsessteder i Tyskland (Linear Pottery-kulturen).
Den nordøstlige del af sletten (Young Drift) er geomorfologisk særskilt og indeholder et væld af søer (f.eks. Mueritz-søen i Mecklenburgs søplateau), som er levn fra den sidste istid. De tilbagetrukne gletsjere efterlod dette landskab for ca. 16.000-13.000 år siden. Til sammenligning er de tørre sletter i det nordvestlige Tyskland (Niedersachsen, det vestlige Slesvig-Holsten og Bochum-området i Nordrhein-Westfalen) mere forvitret og udjævnet (Old Drift), da de sidste store istider her fandt sted for mindst 130.000 år siden.
Regionen afvandes af floder, der løber mod nord ud i Nordsøen eller Østersøen. Rhinen, Ems, Weser, Elben og Havel er de vigtigste floder, der afvander det nordtyske lavland til Nordsøen og har skabt skove i deres flodsletter og folde, f.eks. Spreewald (“Spree Forest”). Kun et lille område af den nordtyske slette falder inden for afvandingsområdet for floderne Oder og Neiße, som løber ud i Østersøen.