Ukształtowanie powierzchni. Przeważają krajobrazy równinne, jednak powierzchnia, wskutek złożonej budowy geologicznej, jest bardzo urozmaicona. Najniżej położone miejsce, 132 m p.p.m. w zapadlisku Karagije (Batyr), znajduje się na zachodzie kraju; najwyższy szczyt (6995 m n.p.m.) w masywie górskim Chan Tengri w Tien-szanie, wznosi się na południowym wschodzie, u zbiegu granic z Kirgistanem i Chinami. Około 1/3 obszaru Kazachstanu zajmują niziny, mniej więcej połowę – wyżyny, pozostały obszar to góry, pokryte w swych partiach szczytowych wiecznym śniegiem i lodowcami (powierzchnia 2030 km²). Na zachodzie rozciąga się Nizina Nadkaspijska, od 26 m p.p.m. do 60 m n.p.m., z często występującymi solniskami, sięgająca na północnym wschodzie do przedgórza Uralu i jego przedłużenia, pasma Mugodżary (Wielki Boktybaj, 657 m n.p.m.), a na południowym zachodzie – do płaskowyżów Ustiurt (341 m n.p.m.) i Maņġystan ústìrtì (Mangyszłak, 556 m n.p.m.), który wcina się w Morze Kaspijskie, tworząc półwysep o tej samej nazwie. Na wschód od Mugodżarów leży płytowa Wyżyna (Płaskowyż) Turgajska (średnia wysokość 250-300 m n.p.m.), przecięty szeroką nizinną Bramą Turgajską, która na północy otwiera się ku Nizinie Zachodniosyberyjskiej, a na południe ku Nizinie Turańskiej; gliniasta, półpustynna Nizina Turańska w okolicach Jeziora Aralskiego przechodzi w piaszczystą pustynię Kyzył-kum. Wyżyna Turgajska na wschód od Bramy Turgajskiej przechodzi w rozległe wyżynne Pogórze Kazachskie, gdzie oprócz pozostałości starych gór, w postaci pojedynczych grzbietów, występują szerokie obniżenia zajęte niekiedy przez jeziora lub sołonczaki; najwyższymi wzniesieniami są tutaj góry Kyzyl-tas (Aksoran, 1565 m n.p.m.), Karkaralińskie (1403 m n.p.m.) i Ulu-tau (1133 m n.p.m.); na południu Pogórze Kazaskie przechodzi w pustynny płaskowyż Betpaķdala (Bet Pak Dała, 300-400 m n.p.m.), a na wschód od niego leży Kotlina Bałchasko-Ałakolska, pokryta na południe od jeziora Bałchasz i Alakôl (Ała-kol) piaskami pustyń Saryesìk Atyran ķůmy (Sary-Iszykotrau) i Tauķům (Tau-kum). Wschodnie krańce Kazachstanu przecinają systemy wysokogórskie; na północy jest to Ałtaj (Biełucha, kazaskie Můztau bììgi, 4506 m n.p.m.), na południu – Ałatau Dżungarski (4462 m n.p.m.), między którymi leży rozległe obniżenie Bramy Dżungarskiej, rozciętej na dwie części przez łańcuch Tarbaġataj žotasy (Tarbagataj, 2992 m n.p.m.). Brama Dżungarska jest ważnym szlakiem komunikacyjnym łączącym Azję Wschodnią i Azję Środkową z Azją Mniejszą i Europą. Na południowym wschodzie Kazachstanu wznoszą się zewnętrzne pasma Tien-szanu: Ketmeń (3652 m n.p.m.) Ałatau Zailijski (4973 m n.p.m.) oraz masyw Chan Tengri; wzdłuż południowych granic ciągną się Góry Kirgiskie (3817 m n.p.m.) i biegnące na północny zachód góry Karatau žotasy (Kara-tau, 2176 m n.p.m.).

Klimat. Podstawowe cechy klimatu są wynikiem położenia w środkowej części Eurazji i znacznej odległości od Oceanu Atlantyckiego (rzadko pojawiają się Niże Atlantyckie); napływ zachodnich wilgotnych mas powietrza ograniczają Ural Południowy i Mugodżary. Obszar ten jest otwarty od północy na chłodne arktyczne powietrze napływające zwłaszcza wiosną i jesienią, a od południa na zwrotnikowe, głównie latem. Zaznacza się też wpływ (ocieplający zimą, ochładzający latem) Morza Kaspijskiego. W chłodnej połowie roku na północ od 50oN rozwija się wschodni typ cyrkulacji atmosferycznej, wyjątkowo silna może sięgać daleko na południe. Występuje wówczas bezchmurna i mroźna pogoda inwersyjna. Zdarza się też cieplejsza, związana z Wyżem Azorskim. W końcu maja, wraz z silnym wzrostem temperatury na południu Azji Środkowej, tworzy się niż termiczny, któremu towarzyszy bezchmurna, gorąca i sucha pogoda z masami kontynentalnego powietrza polarnego. Na północy kraju oprócz pogód antycyklonicznych zdarzają się cykloniczne; w lecie często wieje silny, suchy wiatr południowy, któremu towarzyszą burze pyłowe na Stepie Głodowym, a w zimie zdarzają się zamiecie śnieżne. W zimie na Pogórzu Kazachskim i w Mugodżarach, podczas zaburzeń cyklonicznych, kiedy wieje silny wiatr, występują przez 20-30 (maksymalnie 90-100) dni w roku silne zamiecie śnieżne. Nad Morzem Kaspijskim, Jeziorem Aralskim i jeziorem Bałchasz rozwija się cyrkulacja bryzowa. Panuje klimat umiarkowany kontynentalny ciepły, suchy na zachodzie i północy, wybitnie suchy na Pogórzu Kazachskim i południu. W styczniu średnia temperatura zmienia się od -19°C w północnej części Kazachstanu do -3°C, -6°C na południu i -2°C na półwyspie Mangyszłak; absolutna minimalna temperatura wynosi odpowiednio: -45°C, -32°C, -36°C i -38°C; w lipcu od 19°C na północy do 26°C na Nizinie Nadkaspijskiej, 28°C na południu i 30°C na płaskowyżu Ustiurt; absolutna maksymalna temperatura wynosi 39-46°C. Roczna suma opadów ogólnie mała, na przeważającym obszarze 100-300 mm, na Nizinie Nadkaspijskiej i Nizinie Turańskiej poniżej 100 mm, na północy i przedgórzach na południu 400-500 mm, w górach na południu i południowym wschodzie 1600 mm. Na północy i Pogórzu Kazachskim przeważają letnie opady, na południu wczesnowiosenne.

Wody. Sieć rzeczna Kazachstanu jest stosunkowo uboga; średni roczny odpływ wszystkich rzek wynosi ok. 110 km³, z czego 1/3 wypływa poza granice państwa. Najgęstsza sieć rzeczna (20-40 km/100 km²) jest w górach i na przyległych równinach, gdzie rzeki są zasilane przez wieczne śniegi i lodowce. Na północy gęstość sieci rzecznej wynosi tylko 3-5 km na 100 km², ale występujące tam rzeki na ogół obfitują w wodę. Natomiast w pustynnych środkowych i południowych regionach rzek jest mało i tylko wczesną wiosną niosą dużo wody; wiele z nich ginie w piaskach, sołonczakach lub płytkich słonych jeziorach. Gęstą sieć rzeczną ma obszar tzw. Siedmiorzecza u podnóża Ałatau Dżungarskiego, z którego spływają m.in.: Karatau, Aksu, Lepsa i Sarkand oraz płynąca z Chin rzeka Ìle (Ili). Największą długość, powyżej 1000 km w granicach Kazachstanu, ma pięć rzek: Irtysz (dopływ Obu), Syr-daria (uchodzi do Jeziora Aralskiego), Ural (uchodzi do Morza Kaspijskiego), Iszym (dopływ Irtysza) i Czu (ginie w piaskach zapadliska Aszczikol). Na wielu rzekach zbudowano dla celów energetycznych i irygacyjnych zbiorniki, największy Buchtarmski (z jeziorem Zajsan) na Irtyszu; kanały, m.in. Irtysz-Karaganda, Wielki Ałmaacki oraz im. Kirowa, umożliwiają redystrybucję znacznej części zasobów wodnych. W Kazachstanie jest ponad 48 tys. jezior; zajmują powierzchnię ok. 45 tys. km², a ich łączne zasoby wodne wynoszą ok. 190 km³; największe Bałchasz (objętość 106 km³), Alakôl (Ała-kol), Teņìz kôli (Tengiz), Siletìteņiz kôli (Selety-tengiz), Sasyķkôl (Sasyk-kul), Ķůsmůryn kôli (Kuszmurun) i Markakôl (Marka-kul); w granicach Kazachstanu znajduje się północna część Jeziora Aralskiego (do niedawna jedno z największych na Ziemi), które szybko wysycha, a odsłonięte dno jest regionem klęski ekologicznej (wiatr wywiewa słony pył). Niedostatek wód powierzchniowych łagodzą duże zasoby wód gruntowych (ok. 20 tys. km³) i artezyjskich (ok. 55 tys. km³), które są coraz intensywniej wykorzystywane do nawadniania gruntów i celów komunalnych. W regionach górskich występują źródła wód mineralnych, w tym gorące, przy których powstały uzdrowiska balneologiczne (m.in. Arasan-kapal, Ałmaarasan i Ajak-kalkon).