شکل ناهمواری‌های استان گلستان به گونه‌ای است که به روشنی می‌توان آنها را به دو قسمت جلگه‌ای و کوهستانی تقسیم کرد. امتداد و جهت رشته کوه‌های البرز، به صورت دیواری مرتفع در مسافتی طولانی، خط ساحلی و جلگه‌های کناره‌ای دریای خزر را محصور کرده است، بدین علت، تقریباً در سراسر استان شیب زمین از ارتفاعات به سوی جلگه و دریای خزر (از شمال به جنوب به سوی سواحل جنوبی و از شرق به غرب به سوی سواحل شرقی دریا) کاهش می‌یابد.
در محل تلاقی جلگه و کوهپایه‌های شمالی البرز، به علت شدت فرسایش و تراکم آبرفت، قسمتی از ناهمواری‌های قدیمی به وسیله رسوبات جدیدتر پوشیده شده و تنها در بعضی نقاط به صورت تپه ظاهر شده‌اند. در قسمت‌های پائین دست جلگه‌ای سواحل جنوبی و شرقی دریای خزر، تپه‌های ماسه‌ای ساحلی تحت تأثیر نسیم دریا و بادهای محلی، تشکیل شده و سدی طبیعی و کم ارتفاع بین دریا و جلگه پدید آورده‌اند.
پدیده تشکیل تپه‌های ماسه‌ای در حال حاضر فقط در سواحل جنوبی خزر انجام می‌شود، در حالی که در سواحل شرقی، ( از بندر ترکمن تا ارتفاعات غربی خراسان) در سطح جلگه، تپه‌های ماسه‌ای سخت و تثبیت شده‌ای وجود دارند که در گذشته‌های دور تشکیل شده‌اند. همچنین در قسمت جلگه‌های استان گلستان رسوبات ضخیم لُسی به صورت تپه ماهور نسبتاً مرتفع در آمده‌اند. حداکثر گسترش غربی این رسوبات به شهرستان‌های بهشهر و نکا در استان مازندران محدود است.
رشته کوه‌های البرز که بر اثر کوهزای آلپی دوره ترشیاری تشکیل شده است، در طول بیش از 750 کیلومتر، جلگه‌های ساحلی استان مازندران و استان گلستان را از قسمت داخلی ایران جدا نموده است. نیمه شرقی البرز، بین دره رود بابل تا دره خوش ییلاق (مسیر رود نوده که شاخه‌ای از رود گرگان است) قرار دارد و به تدریج در جهت شمال شرق از ارتفاع آنها کاسته می‌شود. رشته جنوبی، شامل کوه‌های «ابرکوه» است که بلندترین نقطه آن در «قله شاوار» به 3945 متر می‌رسد.
رشته شمالی، «شاهکوه» نام دارد که به صورت دیواری در مقابل جلگه گرگان قرار دارد و ارتفاع آن در قله پیرگردکوه حدود 3204 متر است. دنباله البرز شرقی به تدریج در شرق و شمال شرقی استان به کوه‌های آلاداغ و به قسمت‌های غربی کپه داغ متصل است.
در حوالی جنگل گلستان کوه‌های نسبتاً مرتفعی از جمله کوه نارچی به ارتفاع 2400 متر، و در شمال و شمال شرقی رشته‌کوه‌های کم ارتفاعی مانند گلی داغ (کمتر از 1000 متر) و نارلی داغ تا نوار مرزی ترکمنستان پراکنده‌اند که به وسیله شاخه‌های رود گرگان و اترک به شدت بریده شده‌اند.
در پیدایش و گسترش جلگه‌های ساحلی استان گلستان، عواملی از قبیل میزان آب و وسعت حوضه رودها، شیب بستر رودها، مقاومت سنگ‌ها و عمق دریا مؤثر بوده‌اند. این عوامل در هر نقطه، با توجه به شرایط محلی، به نسبت‌های مختلفی با هم ترکیب شده و توجیه‌کننده ویژگی‌ها و تفاوت‌های محلی و ناحیه‌ای جلگه ساحلی هستند.
استان گلستان، با توجه به موقعیت جغرافیایی خود، تحت تأثیر عرض جغرافیایی، ارتفاع و امتداد رشته کوه‌های البرز، ارتفاع سطح زمین، دوری و نزدیکی به دریا، بیابان‌های جنوبی ترکمنستان، وزش بادهای محلی و ناحیه‌ای و پوشش متراکم جنگلی قرار می‌گیرد. بدین جهت، با این که وسعت کمی دارد و برخلاف عموم که آب و هوای آن را در کل معتدل می‌دانند، آب و هوای گوناگونی دارد.
شمال شرق استان، به ویژه در شرق دریای خزر و حدفاصل گرگان رود تا مرز ترکمنستان، به علت دوری از اثرات دریای خزر، کاهش ارتفاعات البرز شرقی، وسیع بودن جلگه ساحلی و نزدیکی به بیابان‌های قره قوم و قزل قوم در جمهوری‌های آسیای میانه، تغییرات محسوسی در آب و هوای معتدل مرطوب خزری (خزری شرقی) پدید میآید و شرایط خشکی و گرمای هوا تشدید می‌شود و رفته رفته به اقلیم نیمه خشک (نیمه بیابانی) تبدیل می‌شود و میزان بارندگی سالانه کاهش می‌یابد.
همچنین به علت کاهش رطوبت هوا، دامنه گرما افزایش می‌یابد و اختلاف شدیدی بین دمای شب و روز و دمای سردترین و گرم‌ترین ماه‌های سال به وجود میآید که مشخصه اصلی آن، تابستان‌های گرم و خشک طولانی (5 تا 6 ماه) و زمستان‌های نسبتاً سرد و بارانی است.
به علت پیشروی توده هوای سردسیری، تعداد روزهای یخبندان آن نیز بیشتر است، ولی ریزش برف به ندرت اتفاق می‌افتد. به علت نزدیکی به ارتفاعات شرقی، از جمله شهرهای کلاله و مینودشت، تغییرات دیگری در آب و هوای استان ایجاد می‌شود و با افزایش باران و اعتدال دما، شرایطی مشابه آب و هوای معتدل مرطوب خزری پدید میآید.