山东省境内中部山地突起，西南、西北低洼平坦，东部缓丘起伏，形成以山地丘陵为骨架、平原盆地交错环列其间的地形大势。泰山雄踞中部，主峰海拔1532.7米， 为山东省最高点。黄河三角洲一般海拔2—10米，为山东省陆地最低处。
境内地貌复杂，大体可分为中山、低山、丘陵、台地、盆地、山前平原、黄河冲积扇、黄河平原、黄河三角洲等9个基本地貌类型。山地约占山东省总面积的15.5%，丘陵占13.2%，平原占55%，洼地占4.1%，湖沼平原占4.4%，其他占7.8%。
境内主要山脉，集中分布在鲁中南山区和胶东丘陵区。属鲁中南山区者，主要由片麻岩、花岗片麻岩组成；属胶东丘陵区者，由花岗岩组成。绝对高度在700米以上、面积150平方公里以上的有泰山、蒙山、崂山、鲁山、沂山、徂徕山、昆嵛山、九顶山、艾山、牙山、大泽山等。 山东的气候属暖温带季风气候类型。降水集中，雨热同季，春秋短暂，冬夏较长。年平均气温11℃—14℃，山东省气温地区差异东西大于南北。全年无霜期由东北沿海向西南递增，鲁北和胶东一般为180天，鲁西南地区可达220天。
山东省光照资源充足，光照时数年均2290—2890小时，热量条件可满足农作物一年两作的需要。年平均降水量一般在550—950毫米之间，由东南向西北递减。降水季节分布很不均衡，全年降水量有60%—70%集中于夏季，易形成涝灾，冬、春及晚秋易发生旱象，对农业生产影响最大。 山东省分属于黄、淮、海三大流域，境内主要河流除黄河横贯东西、大运河纵穿南北外，其余中小河流密布山东省，主要湖泊有南四湖、东平湖、白云湖、青沙湖、麻大湖等。
山东省水资源主要来源于大气降水，多年平均降水量为676.5毫米，多年平均天然径流量为222.9亿立方米，多年平均地下水资源量为152.6亿立方米，扣除重复计算多年平均淡水资源总量为305.8亿立方米。另外，黄河多年平均入境水量为385.8亿立方米，90年代因干旱入境水量减少为222 亿立方米。
