孝南区地形东北高，西南低，以平原湖区为主，境内河流密布。地貌主要分平原、丘岗两种类型。
平原湖区：分布在陡岗镇、肖港镇、朋兴乡、新铺镇、三汊镇、祝站镇、闵集乡、毛陈镇、卧龙乡、朱湖农场、东山头原种场、书院街道、新华街道、广场街道、车站街道一带，平原面积696平方公里，占全区面积的67.3%，海拔高度20—50米，相对高度0—30米，坡度在6度以下。
丘陵岗地：主要分布在杨店镇、西河镇一带，海拔高度50—100米，相对高度10—30米，坡度为10度左右。
气候特征：孝南区属亚热带季风区大陆性气候，年平均气温16.2℃，年平均降水量1146毫米，年平均日照时数2025小时。
四季气候特点：春季常有冷空气南下，引发气温升降剧烈，变化较大，时有寒潮发生；春末夏初交替季节气候温和，雨量充沛；夏季高温酷热时间长，6月下旬—7月上旬有“梅雨”发生，此时段易发生暴雨，引发洪涝渍害，多偏南风，并形成白天风速大、夜间风速小的“南洋”风，飑线也多在此季发生；秋季正常年份秋高气爽，多晴天，初秋有“寒露风”发生，深秋有一段温和的“小阳春”天气；冬季寒冷少雨，多偏北风，霜冻时间长。气候四季划分如下表：
气温：全区年平均气温16.2℃ ，平均气温年度变化特点呈单峰形，1月最冷，极端最低气温达-14.9℃；7月中下旬—8月上旬最热，极端最高气温达38.5℃。气温日变化一般特征是：最高值出现在午后2点左右，最低值出现在清晨日出前后，气温日夜差为7—10℃。
日照：孝南区日照资源丰富，全年可照时数4427.6小时，平均每天10.1—14.1小时。由于云、雾、雨的遮蔽，全区年平均实际日照时数为2025小时，日照百分率为45.7%。
降水：全区年平均降水1146毫米，降水量月分布为7月最高，12月最低，呈单峰型。
无霜期：全年无霜日数平均245天，占全年总日数的67.1%。无霜期最短日数为193天，最长为286天。历年初霜日最早出现在10月26日，最晚出现在12月3日，平均出现在11月16日前后。终霜日最早出现在2月19日，最晚出现在4月15日，平均出现在3月12日前后。
主要自然灾害：区内春季有低温阴雨；初夏有“梅雨”，盛夏出现高温干旱，常有暴雨引起洪涝渍害；初秋有“寒露风”，干旱或连阴雨；冬季有冰凌害等。此外，还有局部性冰雹、大风、龙卷风、雷暴等灾害。
