Południowo-zachodnia część kraju jest obszarem sejsmicznym, znajduje się tam zapadlisko Przeddobrudzkie.
Powierzchnia równinna, pocięta głębokimi dolinami rzecznymi i wąwozami. Występuje kras. Średnia wysokość terenu to 147 m, a najwyższym wzniesieniem jest sięgający 430 m n.p.m. Dealul Bălănești. Ponad 75% powierzchni na wysokości poniżej 200 m. Większość powierzchni kraju zajmuje Wyżyna Besarabska, w której skład wchodzą m.in.: Wyżyna Naddniestrzańska (najwyższy punkt 349 m n.p.m.), Wyżyna Środkowomołdawska (430 m n.p.m.) i Wyżyna Tyhecka (301 m n.p.m.). Południowych granic kraju sięga Nizina Czarnomorska.
Klimat Mołdawia leży w strefie klimatu umiarkowanego będącego pod wpływem kontynentalnych mas powietrza (rzadziej mas polarno-morskich). Na południu klimat cechuje się suchością, ze stosunkowo łagodną zimą i długim gorącym latem, oraz ciepłą jesienią Na północy kraju jest wilgotniej.
Średnia temperatura w styczniu od –5 °C na północy do –3 °C na południu, w lipcu odpowiednio 19 °C i 22 °C (w Kiszyniowie absolutne minimum –30 °C, maksimum 39 °C).