盆地的地貌特征极为丰富多样。从西北向东南，地势逐渐降低，海拔从3000米降至约2600米。盆地内部地貌呈同心环状分布，从边缘向中心依次排列着砾石扇形地、粉砂质平原、粉砂粘土质平原以及淤泥盐土平原。低洼地区则盐湖与沼泽遍布，而盆地西北部边缘则有低矮的丘陵地貌。柴达木盆地的东南部沉降明显，冲积平原与湖积平原较为广阔，盆地内的主要湖泊如南、北霍鲁逊湖和达布逊湖等都分布于此。盆地内的河流大部分为间歇性，仅有少数河流常年流淌，主要集中在盆地的东部地区。河流下游沿岸及湖泊周围，分布着大片的沼泽。盆地东北部则由于一系列变质岩系的低山断块隆起，形成了次一级的小型山间盆地，这些盆地中的河流最终注入盆地中心的湖泊。