東北平原西南以西遼河為中心，為沙丘窪地相間、微波起伏的風成地貌。地勢西高東低，海拔170 ~ 250米。沙丘由西向東，由西南向東北，以流動沙丘為主逐漸過渡到半固定和固定沙丘；荒漠化的程度也以同樣的方向下降。沙丘主要是由原地揚沙形成的。不合理的開發利用是形成沙丘和沙地的主要原因。
東北平原地處溫帶和暖溫帶，具有大陸性和季風氣候特征。夏季短暫，溫暖多雨；冬天漫長而寒冷，幾乎沒有雪。季風在冬季和夏季之間交替。7月平均氣溫21 ~ 26℃，1-24 ~-9℃。10℃以上的活動積溫為2200 ~ 3600℃，由南向北遞減。年降水量350 ~ 700毫米，自東南向西北遞減。秋天
85 ~ 90%的水量集中在暖季(5月~ 10月)，降雨高峰在7、8、9月。年降水量變化不大，約為20%。幹燥度從東南向西北增加。壹般北方的農作物都能長得很好，遼河平原南部也能種植棉花和冬小麥，而松嫩平原北部的高粱很難生長。春季低溫，秋季霜凍頻繁。汛期河流兩岸、窪地常有洪水。
東北平原土地肥沃，資源豐富，是中國重要的糧食、大豆和畜牧業生產基地，也是鋼鐵、機械、能源和化工基地。