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东北平原的典型土壤主要是黑土，东北地区土壤肥沃，黄土主要分布在黄土高原和华北平原，红土主要分布在江南丘陵地区，沙土主要分布在西北地区。
东北平原土地肥沃，是全球仅有的三大黑土区域之一，东北四省（区）粮食产量占中国总产的三分之一，是中国重要的粮食、大豆、畜牧业生产基地，也是中国重要的煤炭、钢铁、机械、能源、化工基地。
东北平原处于温带和暖温带范围，有大陆性和季风型气候特征。夏季短促而温暖多雨；冬季漫长而寒冷少雪。冬夏之间季风交替。7月均温21～26℃，1月均温-24～-9℃。10℃以上活动积温2200～3600℃，由南向北递减。年降水量350～700毫米，由东南向西北递减。
东北平原四周为山麓洪积冲积平原和台地，海拔200米左右。北部台地形状保存较明显，南部强烈侵蚀呈浅丘外貌。平原西南部风沙地貌发育，形成大面积沙丘覆盖的冲积平原。平原东北端循松花江谷地与三江平原相通。