Der Süden Niedersachsens wird im Wesentlichen durch drei große räumliche Einheiten geprägt: den Solling, das Leinetal und den Harz (Westteil).
Der Solling bildet ein bis zu 528 m (Große Blöße) hohes Mittelgebirge aus Buntsandstein (siehe Geologie) in der naturräumlichen Haupteinheit Weser-Leinebergland. Die südöstlichen Randbereiche erstrecken sich z.T. über die niedersächsische Landesgrenze hinaus bis nach Hessen und Nordrhein-Westfalen hinein. Mit den nördlich angrenzenden Höhenzügen Vogler und Burgberg bilden diese den Naturpark Solling-Vogler, der zukünftig um das Gebiet der Weper (siehe Weper) erweitert werden soll (Stand 2019).
Zusammen mit dem Bramwald und dem Reinhardswald bildet der Solling eine Untereinheit des Weser-Leineberglands.
Im Solling sind die vielen kleinen, naturnahen Bäche landschaftsprägend, in denen z.T. gefährdete Amphibien- und Libellenarten vorkommen. Im Zentrum des Sollings dominieren Nadelwälder mit einer mittleren, in den Randbereichen Laubwälder mit einer hohen bis sehr hohen Strukturvielfalt, zu der auch die vereinzelten Relikte von Hutewäldern zählen.
Der Solling –ein typisches Mittelgebirge- ist überwiegend bewaldet und heute meist nur in den Tälern besiedeit.
Untergliedern lässt sich der Solling in die Bereiche Nördlicher Solling und Kuppiger Solling, in dessen Zentrum sich das Uslarer Becken befindet.
Der Nördliche Solling wird randlich von z.T. tief eingeschnittenen Tälern durchsetzt. Auf den Verwitterungsdecken haben sich überwiegend Waldböden mit Buchen- oder Fichtenforsten entwickelt. Im Zentrum des Nördlichen Sollings befinden sich schwach bis stark ausgeräumte Gräben. Hier im Zentrum, wie auch auf den höchsten Anhöhen, befinden sich kleine Hochmoore. Das bekannteste ist der Mecklenbruch, der als Naturschutzgebiet (NSG) ausgewiesen wurde. Nicht alle Bäche führen kontinuierlich Wasser, und nur in den größeren, am Sollingrand, sammelt sich das Wasser zu ständig fließenden Gewässern.
Der sich südlich anschließende Kuppige Solling ist bis auf die in Siedlungsnähe gelegenen landwirtschaftlichen Flächen bewaldet mit Buchen- und Mischwäldern. Im Ostteil befindet sich ein größerer tertiärer Grabenbruch (Delliehausener Graben).
Teile des Kuppigen Sollings ganz im Süden gehören bereits zum angrenzenden Naturpark Münden.
Das Uslarer Becken wird von zahlreichen sich durchkreuzenden Gräben durchzogen.
An der Oberfläche dominiert ein 1-2 m mächtiger Lössboden, auf dem eine Ackerbaunutzung stattfindet. Wiesenflächen bestehen vor allem entlang der Talsohlen und der angrenzenden Flachhänge. Der Wald ist auf einige wenige isolierte bis zu 300 m hohe Bergkuppen beschränkt.
Das Leinetal gehört zur naturräumlichen Haupteinheit Leine-Ilme-Senke, die u.a. aus dem Leinegraben (Göttinger Leinegraben, Northeimer Leinegraben) und dem Ilmebecken besteht. Sie erstreckt sich etwa vom hessischen Eichenberg, südlich von Göttingen, bis etwa 25 km nordwestlich von Northeim in einer Breite von 6-8 km.
Die Leine-Ilme-Senke ist geprägt durch Lössflächen in Höhenlagen von 120-200 m, die durch verschiedene kleine Täler und Bachläufe unterteilt werden. Vereinzelt treten Kuppen mit älteren Ablagerungen aus den Erdzeitaltern Keuper und Jura auf (Zeugenberge). In der Senke wird auf den Lössflächen intensiv Landwirtschaft betrieben.
Der Abschnitt nördlich von Göttingen ist z.T. stark ausgebaut, Ufersäume und Kleinstrukturen fehlen hier.
Der Northeimer Abschnitt dagegen ist u.a. auf Grund seiner Ausgestaltung mit Kiesseen und Rückhaltebecken strukturreicher, und es befinden sich dort mit dem NSG „Wasservogelreservat Northeimer Seenplatte“, dem NSG „Polder I im Hochwasserrückhaltebecken Salzderhelden“ und dem NSG „Leineniederung Salzderhelden“ bedeutende Schutzgebiete.
Das Wasservogelreservat Northeimer Seenplatte ist auch Teil des Europäischen Vogelschutzgebietes „Leinetal bei Salzderhelden“.
Der Harz mit dem in Sachsen-Anhalt – mit und einer Höhe von 1.141 m üNN – gelegenen Brocken bildet das höchste norddeutsche Mittelgebirge. Die z.T. tief eingeschnittenen naturbelassenen Täler prägen vielfach das Landschaftsbild. Die hochmontanen Lagen des Harzes sind ein natürliches Verbreitungsgebiet des Bergfichtenwaldes. Unterhalb der Fichtenzone sind verschiedene Ausprägungen von Buchenwäldern zu beobachten, daneben Schlucht-, Blockhalden- und Auewälder.
Neben Quellbereichen, natürlichen Bachläufen, natürlichen und künstlichen Wasserfällen prägen vielfach offene Felsen und Klippen aus Silkatgestein das Landschaftsbild. In den Hochlagen treten gut erhaltene Hoch- und Übergangsmoore auf. Vereinzelt sind noch extensiv bewirtschaftete Bergwiesen anzutreffen. Allgegenwärtig sind die Spuren des historischen Bergbaus.
Das seit 2010 neben dem Erzbergwerk Rammelsberg und der Altstadt von Goslar als UNESCO-Weltkulturerbe anerkannte Oberharzer Wasserregal stellt mit seinen Teichen, Gräben und Wasserläufen eines der größten vorindustriellen Energieversorgungssysteme dar.
Große Niederschlagsmengen führen zur Entstehung von zahlreichen Quellflüssen. Auf Grund des Wasserreichtums entstanden im 20. Jahrhundert 16 Talsperren. Diese werden zur Trinkwasserversorgung, zum Hochwasserschutz, zur Energiegewinnung und zur Freizeitgestaltung herangezogen.
Im Harz gibt es drei Naturparke: den „Naturpark Harz“ im niedersächsischen, den „Naturpark Harz“ im sachsen-anhaltinischen und den „Naturpark Südharz“ im thüringischen Teil des Harzes. Seit 2006 gibt es mit dem „Nationalpark Harz“ den ersten länderübergreifenden Nationalpark Deutschlands (Niedersachsen, Sachsen-Anhalt). Am südöstlichen Rand des Harzes existiert daneben noch das Biosphärenreservat „Karstlandschaft Südharz“.