Валдайская височина простягається широкою смугою (до 80 км) між 56 і 61 ° с. ш. від Онезького озера на південний захід до верхів'їв р. Ловати. На заході височина відокремлена від приильменских низини Валдайського-Онежським уступом, на схід вона поступово переходить в примикають до неї низини. На всьому протязі область являє собою вододільну смугу. Тут проходить головний вододіл Руської рівнини між басейнами Каспійського і Балтійського морів, зі схилів яких беруть початок річки Волга, Західна Двіна, Дніпро та ін.
В геологічну будову описуваної території беруть участь палеозойські відкладення, починаючи з кембрійських і закінчуючи кам'яновугільними і пермськими. Ці відкладення потужністю до 2 км залягають на докембрійських кристалічному фундаменті Російської платформи. Пласти корінних порід утворюють моноклінального серію, що має ухил на південь і південний схід. Різна стійкість моноклінального товщі визначила формування куестового рельєфу з крутими північними і північно-західними пологими протилежними схилами. Відклади кам'яновугільного віку утворюють Карбонове плато (у вигляді куест), складене вапняками, до якого в значній його частині приурочена Валдайская височина. Кордон між плато і приильменских низиною, в основі якої залягають відкладення верхнього девону, виражені сильно розмитою товщею пухких, піщано-глинистих порід, представлена крутим карбоновим уступом (Валдайського) висотою до 100-130 м.
У четвертинний час територія неодноразово піддавалася заледеніння. Льодовикові і водно-льодовикові процеси сильно змінили дольодовикову поверхню. В результаті діяльності льоду утворилися горби, западини, рівнини.
Великий вплив на формування рельєфу надав льодовик останнього, Валдайського заледеніння, який переробив і відклав велику кількість уламкового матеріалу. Потужність льодовикових відкладень вкрай мінлива і коливається від 1-2 до 50-100 м, досягаючи в окремих точках 250 м. Вони складають різноманітні форми Валдайській височині, покриваючи суцільним чохлом нижележащие, давніші товщі. У рельєфі добре виражені гряди кінцевих морен (Калінінська, Вишнєволоцькому, Осташковськая, Валдайская), за якими судять про просування і відступі льодовика.
У межах поширення Валдайського заледеніння добре зберігся холмисто-грядовой рельєф. Для всієї цієї смуги характерна наявність пагорбів, які чергуються з озерними западинами, з високими пасмами кінцевих морен, з озами і камамі, змінюючись ділянками зандрова і озерно-льодовикових рівнин. Через безліч озер район отримав назву Поозерья.
На всьому протязі поверхню Валдайській височині неоднорідна і помітно змінюється з півночі на південь. Ясно виділяються три підвищених горбистих району: Вепсовська, Шереховічскій і Валдайський, які розділені зниженими плоскими ділянками і западинами.
Помітно відмінність між західною і східною частинами височини. Західна частина відрізняється складністю рельєфу, великими висотами (до 300 м), численними пагорбами і озерами. У східній частині рельєф більш плоский, і висоти помітно знижуються. Багато озерно-льодовикових і зандрова рівнин з більш рідкісними горбами і озерами.
Валдайський район відрізняється найбільшими висотами. На заході району проходить Валдайская моренная гряда (Ревеніцкіе гори), що розпадається на групи пагорбів. Тут розташована найвища точка височини - 346 м. На північних берегах оз. Селігер є підняття у вигляді гори Ореховно (її вважають мореною напору). До високих позначок рельєфу приурочена група великих озер, серед яких великими розмірами і примхливими обрисами виділяється оз. Селігер. Численні моренні пагорби лежать групами і поодинці, чергуючись з озерами. Моренні пасма (Калінінська, Вишнєволоцькому, Осташковськая, Валдайская) мають загальний напрямок і витягнуті з південного заходу на північний північний схід.
М. В. Карандєєва вказує на три типових риси рельєфу Поозерья: 1. Наявність великих моренних пагорбів, які є основним типом рельєфу Поозерья. Багато з височин є моренами напору, і в їх розрізах є гляціодіслокаціі. Серед моренних пагорбів розташовуються зандрові простору.
2. Широкий розвиток балок і улоговин, зайнятих різної форми озерами (лопатеві, округлі і подовженої форми). Озера лежать в межхолмних пониженнях, і конфігурація їх берегової лінії цілком залежить від нерівностей льодовикового рельєфу. Багато озера в південній частині Поозерья зливаються з зандровимі просторами, що примикають з зовнішньої сторони до поясу моренних гряд.
3. Слабка ерозійна освоєність Поозерья. Річки не встигли змінити льодовиковий рельєф і слідують напрямку плоских балок стоку льодовикових вод. Глибоких ерозійних вріз річки ще не створили і мають четковідние форму долин, які складаються з системи коротких, вузьких проток і подовжених улоговини озер.
Всі особливості рельєфу (гряди, пагорби, улоговини стоку льодовикових вод, ками, ози, друмліни) свідчать про те, що Поозерье виникло в крайовій частині крижаного покриву. Близькість дольодовикового рельєфу, складеного вапняками, і місцями незначна потужність четвертинних відкладень в поєднанні з достатнім зволоженням зумовили значне поширення в Поозерье карстового рельєфу (лійки, карстові озера, підземні річки і т. Д.).
Озера. Валдайская височина рясніє озерами. Вони утворюють кілька груп або скупчень: Селігеровскую, верхневолжской, Верхнезападно двинскую, Торопецкого і ряд інших, більш дрібних. Всього налічується понад 600 озер. Великих озер площею понад 1000 га є близько 20, з площею понад 500 га - 26, понад 100 га - 30.
Площа більшості озер - менше 25 га. Розподіл озер по території нерівномірно: найбільше скупчення на заході і північному заході; на схід кількість озер зменшується.
Річки і річкові долини знаходяться в початковій стадії формування. Річки представлені переважно короткими протоками, що з'єднують вузькі і довгі озера.
Клімат. Клімат Валдайській височині помірно континентальний, з прохолодним літом і м'якою зимою. Визначальний вплив на клімат мають континентальне повітря помірних широт і арктичне повітря. Менше значення має тропічне повітря. Влітку континентальне повітря є теплої повітряної масою. Температура влітку рідко буває вище + 20 °, максимум + 25 °. На півдні повітряні маси більш прогріті, ніж на півночі, тому літні температури помітно підвищуються на південь. Вологі західні і південно-західні вітри приносять опади і зниження температури. Вторгнення холодного арктичного повітря супроводжуються заморозками навесні і на початку літа.
Взимку континентальне повітря помірних широт є холодною повітряною масою (температура -15, -20 °). У зимовий період часті циклони з Атлантики, які викликають потепління. Тому спостерігаються відлиги з позитивними температурами. Північні вітри, які супроводжують вторгнення мас арктичного повітря, характеризуються сильними морозами (до -30 ° і більше). Крім Атлантичного океану, на температури повітря впливають місцеві причини: 1) абсолютні висоти; 2) різні елементи рельєфу; 3) озера.
Ґрунти. Валдайская височина розташована в зоні дерново-підзолистих грунтів з різним ступенем оподзоленності. Для цієї зони характерні підзолисті, лучно-дернові, дерново-підзолисті, болотні і грунту річкових заплав. Основними почвообразующими породами є валунні суглинки і валунні супеси, піски.
Розподіл грунтів по території знаходиться в повній відповідності з рельєфом і характером почвообразующих порід. У місцях розвитку крупно-і среднехолмістого рельєфу характерними є дерново-середньо-і слабопідзолисті грунту, сформовані на валунні суглинках. Сильнооподзоленних грунту і полуболотние (подзолисто-глейові) розвинені на рівних місцях. Болотні грунту сформувалися в найбільш знижених місцях між пагорбами. На крутих схилах грунту змиті. У районах виходу вапняків і ізвестняковістой морени утворилися темнокольорові перегнійно-карбонатні грунти.
Рослинність. Валдайская височина входить до складу подзон середньої і південної тайги, а також в зону змішаних лісів, що становлять близько 50% всієї території. Основними лісовими породами є ялина і сосна, які в залежності від рельєфу, грунтів, характеру зволоження утворюють різні асоціації (зеленомошніках-чорничники, кисличники, брусничники, долгомошниках, сфагнові і ін.).
Смерекові ліси ростуть переважно на суглинистих і супіщаних ділянках, де розвинені підзолисті і дерново-підзолисті ґрунти. Вони займають або рівнинні, плоскі місця, або ж зниження, рідше підвищені місця. Смерекові ліси панують в західній частині Валдайській височині, що пов'язано з переважанням тут суглинкових грунтів. У складі ялинових лісів завжди є домішка дрібнолистих, а на півдні зустрічаються і широколисті.
Соснові ліси переважають в східній частині височини, де широко розвинені зандри. Ландшафт соснових лісів широко поширений по берегах озер, на приозерних пісках (соснові бори по берегах оз. Селігер). На південних схилах до сосни зрідка домішується дуб.
Крім ялинових і соснових лісів, поширені змішані і дрібнолисті ліси: ялицево-соснові, сосново-ялинові, березові, осикові, вільхові та ін. Уздовж сплавних річок і річок багато вторинних дрібнолистих лісів, що з'явилися на місці вирубок хвойних лісів.
У південній частині Валдайській височині значно поширені змішані ліси, приурочені до найбільш багатим грунтам.
У рослинному покриві переважають ялинники високого бонітету з домішкою широколистяних порід, які зустрічаються або в першому, або в другому под'яруси. У липових ельниках завжди є домішка осики (Populus tremula) і берези (Betula verrucosa). Липа (Tibia cordatoi) росте у вигляді густого підліску. У підліску також ростуть бородавчастий бересклет, жостір, горобина, ліщина, малина і ін. Трав'яний покрив досить рясний. Дубові ялинники зустрічаються на найбільш багатих карбонатами ґрунтах. Разом з ялиною в першому под'яруси можна зустріти: дуб (Quercus robur), часто липу, клен (Acer platanoides), ясен (Fraxinus excelsior), в'яз (Ulmus laevis), сосну (Pinus sibuestris), березу, осику.
Для підліска характерний бородавчастий бересклет (Evonymus verrucosus). Мохової покрив розвинений слабо (В. Н. Сукачов).
Лугові ландшафти - типу низинних лугів - приурочені до широких долинах, до річищ, берегах озер. Луга сильно заболочені, часто переважають осокові. Суходільні луки утворюються на місці зведених лісів.
Болота розвинені широко: вони займають близько 14-15% території. Однак болота поширені нерівномірно. У горбистих районах болота дрібні і приурочені до западин між пагорбами. У рівнинних районах заболоченість велика.
Тваринний світ даного району бідний. Великі промислові звірі в даний час майже винищені. Зустрічаються лось, ведмідь, лисиця, рись, вовк, борсук, горностай, білка. Для ялинового лісу з птахів типові: дятел, шишкар шишкар, чиж, снігур, зяблик, синиця-московка (Periparus ater), чубата синиця, буроголовая гаичка (Parus atricapillus boreulis) і ін. З рептилій характерні: прудка ящірка (Lacerta agilis) , вже (Natrix natrix), з амфібій, крім жаб, сіра жаба (Bufo bufo).
Значна частина Валдайській височині лежить в Новгородській і Калінінської областях. Корисні копалини представлені бурим вугіллям, подібним з підмосковним, торфом, сапропелем, вогнетривкими і будівельними глинами, мінеральної жовтою фарбою (охрою), вапняками, кварцовим піском.
На місцевій сировині розвинена лісова, торфодобувних, льонообробна промисловість. У сільському господарстві переважають льонарство і молочне тваринництво, під городні культури використовуються алювіальні грунти. Болотні грунту після осушення стають родючими. Для підвищення врожаїв в підзолисті ґрунти вносять вапно, фосфорні, калійні і азотні добрива.
Для господарських цілей широко використовуються добре дренованих грунту по схилах пагорбів.