Đồng bằng Thanh Hóa có dạng một tam giác châu, với đỉnh là vùng Bái Thượng (huyện Thọ Xuân), đáy là đường bờ biển từ Nga Sơn đến Tĩnh Gia. Rìa phía bắc của đồng bằng được giới hạn bởi dãy núi Thạch Thành - Bỉm Sơn, rìa phía tây nam là dãy núi thuộc huyện Như Thanh. Bề mặt đồng bằng này hơi nghiêng về phía Biển Đông. Độ cao địa hình từ 7 m đến 1 m, có nhiều núi đồi dạng đảo sót với độ cao từ vài chục mét đến vài trăm mét, trong đó có một số núi đá vôi dốc đứng. Đồng bằng này được cấu tạo từ đất đá bở rời Đệ Tứ với chiều dày từ 5 m đến 70–80 m, phủ trên các đá cổ Proterozoi đến Neogen.[1][2]

Trên đồng bằng Thanh Hóa có ba loại đất trồng phổ biến:[3]

• Feralit tại vùng đồi núi ven đồng bằng.
• Đất phù sa và đất bãi ven biển (gồm đất ven sông, đất phù sa ven biển và đất cát).
• Đất mặn ven biển.