Se sabe que la Llanura del Norte de Alemania se formó durante el Pleistoceno como resultado de los diversos avances glaciares de las capas de hielo terrestres escandinavas, así como por procesos geomorfológicos periglaciares. El terreno puede considerarse parte de la Deriva Antigua o de la Deriva Joven (Alt- o Jungmoräne), dependiendo de si se formó o no por los mantos de hielo del último periodo glacial, la Edad de Hielo Weichseliana. El relieve de la superficie varía de plano a ondulado. Los puntos más bajos son los páramos bajos y las antiguas marismas en el borde de la cresta de tierra seca en el oeste de Schleswig-Holstein (el pantano de Wilster está a 3,5 metros por debajo del nivel del mar) y en el noroeste de la Baja Sajonia (Freepsum, a 2,3 metros por debajo del nivel del mar). Los puntos más altos pueden denominarse morrenas terminales de la glaciación del Vístula y de Hall (dependiendo de la edad de hielo que las formó), por ejemplo, en el brezal de Fläming (200 metros sobre el nivel del mar) y en las colinas de Helpt (179 metros). Después de los periodos glaciares, las turberas elevadas alimentadas por la lluvia se originaron en el oeste y el norte de la Baja Sajonia durante los periodos cálidos de altas precipitaciones (bajo la influencia del Periodo Cálido Medieval). Estas turberas estaban muy extendidas, pero en la actualidad gran parte de este terreno ha sido desecado o eliminado de alguna manera.
Las zonas costeras consisten en pantanos y lagunas lacustres y fluviales del Holoceno conectadas a terrenos de la Deriva Antigua y Joven del Pleistoceno en diversas etapas de formación y meteorización. Después o durante el retroceso de los glaciares, la arena transportada por el viento a menudo formaba dunas, que posteriormente eran fijadas por la vegetación. La intervención humana provocó la aparición de brezales abiertos como el de Lüneburg, y medidas como la deforestación y el llamado Plaggenhieb (retirada de la capa superior del suelo para utilizarla como abono en otro lugar) provocaron un amplio empobrecimiento del suelo (Podsol). Los suelos más fértiles son las marismas jóvenes (Auen-Vegen) y las zonas de Börde (Hildesheim Börde, Magdeburg Börde, con sus fértiles suelos de loess). La turba de pantano de alto nivel se encuentra en los suelos más pobres, por ejemplo, en el Teufelsmoor. En las zonas de loess de la llanura se encuentran los lugares de asentamiento más antiguos de Alemania (cultura cerámica lineal).
La parte nororiental de la llanura (Young Drift) es geomorfológicamente distinta y contiene una multitud de lagos (por ejemplo, el lago Mueritz en la meseta lacustre de Mecklemburgo) que son vestigios de la última edad de hielo. Los glaciares en retirada dejaron este paisaje hace entre 16.000 y 13.000 años. En comparación, las llanuras secas del noroeste de Alemania (Baja Sajonia, oeste de Schleswig-Holstein y la zona de Bochum en Renania del Norte-Westfalia) están más erosionadas y niveladas (Old Drift), ya que las últimas glaciaciones a gran escala se produjeron aquí hace al menos 130.000 años.
La región está drenada por ríos que fluyen hacia el norte hasta el Mar del Norte o el Báltico. El Rin, el Ems, el Weser, el Elba y el Havel son los ríos más importantes que drenan las tierras bajas del norte de Alemania hacia el Mar del Norte y crearon bosques en sus llanuras de inundación y pliegues, por ejemplo, el Spreewald («bosque del Spree»). Sólo una pequeña zona de la llanura del norte de Alemania se encuentra dentro de la cuenca de los ríos Oder y Neiße, que desaguan en el Báltico.