Moldova er et bakkete sletteland, og størstedelen ligger under 400 moh. Sentralt i landet ligger høydedraget Codru ('Skogen'). Det er gjennomskåret av til dels dype daler. Landets høyeste punkt ligger vest i dette området ved Bălăneşti (429 moh.). Lenger nord er det et lavere platå med den brede, bølgende Bălţisteppen (ca. 150–200 moh.). Helt i nord stiger landet til ca. 300 moh. I sør skråner det nedover mot Bugeacsteppen, som brytes av en rekke daler og kløfter. Tre fjerdedeler av landet har svært fruktbar svartjord. Jordsmonnet i sør er noe dårligere. Den omfattende bruken av kjemiske plantevernmidler og kunstgjødsel de siste tiårene har gjort kvalitetsforringelsen av jorden til et av landets største økologiske problemer.
Avskoging og oppdyrking av bratte lier har bidratt til at erosjon og jordskred er et økende problem. Berggrunnen består for det meste av sedimentære bergarter, men i nord bryter magmatiske bergarter frem.
Moldova har et stort antall elver og bekker, mange av dem korte, de fleste renner ut i Dnestr (Nistru) eller Prut, noen få i sør i Donaus elvemunning (Ukraina). Mye av landets vannforsyning kommer fra grunnvannet.