Het is bekend dat de Noordduitse Laagvlakte tijdens het Pleistoceen is gevormd als gevolg van de verschillende glaciale oprukkingen van terrestrische Scandinavische ijskappen en door periglaciale geomorfologische processen. Het terrein kan worden beschouwd als een deel van de Oude of de Jonge Drift (Alt- of Jungmoräne), afhankelijk van het feit of het al dan niet werd gevormd door de ijskappen van de laatste ijstijd, de Weichselische ijstijd. Het reliëf aan de oppervlakte varieert van vlak tot golvend. De laagste punten zijn laagveengebieden en oude moerasgebieden aan de rand van de droge landrug in het westen van Sleeswijk-Holstein (het Wilstermoeras ligt 3,5 meter onder de zeespiegel) en in het noordwesten van Nedersaksen (Freepsum, 2,3 meter onder de zeespiegel). De hoogste punten worden aangeduid als stuwwallen van de Vistula- en Hall-ijstijd (afhankelijk van de ijstijd die ze heeft gevormd) – bijv. op de Flämingse Heide (200 meter boven de zeespiegel) en de Helptheuvels (179 meter). Na de ijstijden ontstonden in het westen en noorden van Niedersachsen tijdens warme perioden met veel neerslag (onder invloed van de Middeleeuwse Warme Periode) door regen gevoede hoogvenen. Deze hoogvenen waren vroeger wijdverspreid, maar veel van dit terrein is nu drooggelegd of anderszins verdrongen.
De kustgebieden bestaan uit Holocene meer- en riviermoerassen en lagunes die verbonden zijn met Pleistoceen Oud en Jong Drift terrein in verschillende stadia van vorming en verwering. Na of tijdens het terugtrekken van de gletsjers vormde door de wind meegevoerd zand vaak duinen, die later door de vegetatie werden vastgelegd. Door toedoen van de mens ontstonden open heidevelden zoals de Lüneburger Heide, en maatregelen zoals ontbossing en de zogenaamde Plaggenhieb (verwijdering van de bovengrond voor gebruik als meststof elders) veroorzaakten een verregaande verarming van de bodem (Podsol). De vruchtbaarste gronden zijn de jonge moerassen (Auen-Vegen) en de Bördegebieden (Hildesheim Börde, Magdeburg Börde, met hun vruchtbare, lössbodems). Hoogveen komt voor op de armste gronden, bijv. in het Teufelsmoor. In de lössgebieden van het laagland bevinden zich de oudste bewoningsplaatsen van Duitsland (Lineaire Aardewerkcultuur).
Het noordoostelijke deel van de vlakte (Young Drift) is geomorfologisch duidelijk en bevat een groot aantal meren (b.v. het Mueritzmeer in het Mecklenburgse Seenplateau), die overblijfselen zijn uit de laatste ijstijd. De terugtrekkende gletsjers hebben dit landschap zo’n 16.000 tot 13.000 jaar geleden achtergelaten. Ter vergelijking: de droge vlakten van Noordwest-Duitsland (Nedersaksen, westelijk Sleeswijk-Holstein en het Bochum-gebied van Noordrijn-Westfalen) zijn zwaarder verweerd en geëgaliseerd (Old Drift) omdat de laatste grootschalige ijstijd hier minstens 130.000 jaar geleden plaatsvond.
De regio wordt gedraineerd door rivieren die in noordelijke richting naar de Noordzee of de Oostzee stromen. De Rijn, Eems, Wezer, Elbe en Havel zijn de belangrijkste rivieren die het Noord-Duitse laagland afvoeren naar de Noordzee en in hun overstromingsvlakten en plooien bossen hebben doen ontstaan, b.v. het Spreewald (“Spreewald”). Slechts een klein gedeelte van de Noordduitse Laagvlakte valt binnen het stroomgebied van de Oder en de Neiße, die in de Oostzee uitmonden.