Das Oberrheintiefland entstand als Grabenbruch im Zuge tektonischer Verwerfungen während des Tertiärs. Anschließend wurde der Graben allmählich durch unterschiedliche Sedimente bis zum heutigen Niveau aufgefüllt.

Das nördliche Oberrheintiefland weist im Süden und Norden unterschiedliche Charakterzüge auf.

Im Südteil umfasst die Nördliche Oberrheinniederung die mehrere Kilometer breite Niederung des Rheins mit Resten der Auenlandschaft (z. B. Altarme). Sie wird zur Niederterrasse durch eine abschnittsweise sehr markante Geländekante abgesetzt.

Der nördlichste Abschnitt der Oberrheinniederung zwischen Nackenheim und Ingelheim wird systematisch als Teil der Untermainebene angesehen. Dieser Abschnitt umfasst den sogenannten „Inselrhein“. Die Rheinaue ist hier vergleichweise schmal. Unterhalb von Mainz ist der Übergang zur Ingelheim-Mainzer Rheinebene gleitend. Eine Besonderheit dieses Naturraums sind die großflächigen Dünensandgebiete mit Trockenvegetation.

Die Niederterrassen des Südteils sind Bestandteil des Vorderpfälzer Tieflands. Dieses bildet eine Wechselfolge von Lössriedeln als Ackerbaugebieten und Niederungen bzw. Schwemmfächern der aus dem Pfälzer Wald kommenden Bäche, die zum Teil sehr große Ausdehnungen aufweisen und die größten zusammenhängenden Feuchtgebiete, Wälder und Grünlandgebiete der Oberrheinebene beinhalten.

Die Weinbergslandschaft des Haardtrands bildet den westlichen Rand der Oberrheinebene. Sie gehört zu den wärmsten Gegenden Deutschlands. Dies äußert sich z. B. im Gedeihen mediterraner Pflanzen wie Zedern, Feigen und Zitronen.

Das Rheinhessische Tafel- und Hügelland ist ein eigenständiges Gebilde im Oberrheinischen Tiefland. Es entstand aus Meeresablagerungen mit Kalken, Mergeln, Tonen, Kiesen und Sanden im Mainzer Becken. Diese wurden durch geologische Vorgänge angehoben und teilweise von Löss überdeckt. Durch Erosion entstand ein Wechsel von Hochflächen mit Höhen bis über 270 m und Taleinschnitten oder Mulden. Das Klima ist mit Niederschlagsmengen von teilweise unter 500 mm/Jahr extrem trocken und warm. Damit gehört diese Landschaft zusammen mit den angrenzenden Gebieten im nördlichen Teil des Oberrheintieflandes zu den niederschlagsärmsten Gegenden Deutschlands. Die Fruchtbarkeit der Böden bewirkte, dass die Landschaft fast ausschließlich durch Ackerbau und Weinbau geprägt und ausgesprochen waldarm ist.

Im Nordwesten des Naturraums schiebt sich das Untere Nahehügelland zwischen Hunsrück und Nordpfälzer Bergland. Im Westen schließt die Untere Naheebene als weitgespannte Ebene an und vermittelt zum Rheinhessischen Tafel- und Hügelland. Beide Gebiete sind im Kern ebenfalls altbesiedeltes Kulturland und überwiegend durch Landwirtschaft und Weinbau geprägt.

Als Rheinhessisches Tafel- und Hügelland bezeichnet man das größtenteils in Rheinhessen gelegene Hügelland zwischen der Rheinebene von Worms bis Bingen und dem Nordpfälzer Bergland. Weitere gängige Bezeichnungen für das Gebiet sind Alzeyer Hügelland oder auch Land der tausend Hügel.

Dabei handelt sich um eine vom Mainzer Becken angehobene Schichtstufenlandschaft, in der ein Plateaucharakter überwiegt. Die Gesteine im Untergrund stammen überwiegend aus dem Tertiär, als das Gebiet des heutigen Rheinhessens noch vom Meer bedeckt war. So wurden im frühen Tertiär vor allem Tone und Sande abgelagert. Später lagerten sich Kalke ab (Kalktertiär), die heute noch im nördlichen Teil bei Ingelheim und Gau-Algesheim den Anstieg zum Rheinhessischen Hügelland markieren.

Die Höhenlagen erreichen etwa eine Höhe von 250 – 320 m ü. NN und überragen die teils breiten Täler um 100 – 200 m. Die Selz, die die Landschaft von Süden nach Norden zerschneidet, ist das zentrale Fließgewässer des Rheinhessischen Tafel- und Hügellands.

Durch seine geschützte Lage im Lee von Hunsrück, Taunus, Odenwald und Nordpfälzer Bergland gehört Rheinhessen zu den wärmsten und trockensten Gebieten Deutschlands, was den Obst- und Weinanbau begünstigt. Auch durch die intensive landwirtschaftliche Nutzung zählt das Rheinhessische Tafel- und Hügelland zählt zu den waldärmsten Gebieten Deutschlands.

Der Name Rheinhessen verweist auf die historische Zugehörigkeit des Gebietes als Provinz Rheinhessen zum Großherzogtum Hessen (1816 – 1919) und anschließend zum Volksstaat Hessen (1919 – 1945). Nach dem Wiener Kongress 1815 wurden Teile des französischen Departements Donnersberg dem Großherzogtum Hessen zugeschlagen, das sich dadurch über den Rhein hinaus ausdehnte. Mit dem Ende der Monarchie 1919 wurde aus dem Großherzogtum der Volksstaat Hessen. Dieser wurde allerdings 1934 gleichgeschaltet und die Provinz Rheinhessen 1937 aufgelöst. Mit den französischen und amerikanischen Besatzungszonen nach dem Zweiten Weltkrieg wurde der Rhein schließlich zur Grenze und Rheinhessen Teil des neugegründeten Landes Rheinland-Pfalz. Nach 1968 gab es keine staatliche Gebietskörperschaft mit dem Namen Rheinhessen mehr. Der Name blieb jedoch für die Region haften, wie zum Beispiel für das Weinbaugebiet Rheinhessen.

Das Untere Nahehügelland schiebt sich zwischen Hunsrück und Nordpfälzer Bergland ein. Es besteht zum einen aus der wannenförmig fortgesetzten Talweitung des Nahetals im Süden und zum anderen aus dem Lösshügelland im nördlichen Bereich.

Mit einbezogen wird in dieser Landschaftseinheit das Binger Wald-Vorland, das in nördlicher Fortsetzung des Nahehügellandes bis an den Rhein reicht und mit etwa 300 m ü. NN eine Vorstufe des Hunsrücks darstellt. Geologisch und morphologisch entspricht es der Soonwaldvorstufe.

Auf den Lössflächen findet intensiv Ackerbau, teilweise aber auch wie an den sonnenexponierten Hängen Weinanbau statt. Grünland befindet sich nur in den schmalen Bachauen. Die wenigen, teilweise heute noch mit Niederwald bestockten Waldflächen sind fast ausschließlich auf die Nordhänge beschränkt.