
Der Rhein - eine der am stärksten befahrenen und bedeutendsten Wasserstraßen Europas - und der Neckar - einer seiner Nebenflüsse, der in Mannheim in den Rhein mündet - geben der Metropolregion ihren Namen und prägen gleichermaßen ihre Natur und Landschaft. Die Rheinebene und die westlich und östlich angrenzenden Mittelgebirgslandschaften des Odenwaldes und des Pfälzerwaldes bilden die charakteristischen Großlandschaften der Region.
Während der Pfälzerwald als größte zusammenhängende Waldfläche in Deutschland gilt, charakterisieren den Odenwald und das Neckartal ein vielfältiger Wechsel von Wäldern und offenen Feldfluren. Beide sind aufgrund ihrer Naturausstattung und Erholungseignung als Naturparke ausgewiesen. Darüber hinaus sind der Pfälzerwald als Biosphärenreservat, der Naturpark Bergstraße-Odenwald und Teile des Naturparks Neckartal-Odenwald als UNESCO-Geopark anerkannt. Im Osten der Region liegen der Kraichgau und das Bauland. Diese Landschaftsräume zeichnen sich durch den Wechsel zwischen landwirtschaftlichen Nutzflächen und Wäldern (auf den Kuppenlagen) aus.
Übergangsbereiche zwischen der Rheinebene und den benachbarten Mittelgebirgen Odenwald und Pfälzerwald sind die Bergstraße im Osten und die Haardt mit der Deutschen Weinstraße im Westen. Die besonderen Boden- und Klimaverhältnisse dieser beiden Naturräume erlauben vielfältige Nutzungen im Land-, Wein- und Gartenbau. Zusammen mit den angrenzenden großen Waldgebieten bieten sie hervorragende Naherholungsmöglichkeiten für die Bevölkerung der Metropolregion Rhein-Neckar und gleichermaßen beste Voraussetzungen für das Gastgewerbe und den Tourismus.
Die Rheinebene selbst ist geprägt durch die vom ursprünglichen Verlauf des Rheins geschaffene Rheinniederung – dem natürlichen Überschwemmungsbereich des Rheins mit seinen charakteristischen Hochufern. Die Rheinniederung wurde mit dem Ausbau und der Begradigung des Rheins im 19. Jahrhundert durch starke Flächeninanspruchnahme und Nutzungsintensivierung verändert. Die verbliebenen Altrheinarme und die durch den Rohstoffabbau entstandenen Stillgewässer (Baggerseen) bieten eine abwechslungsreiche Landschaft mit hohem Naturschutz- und Erlebniswert.
Die Rheinebene ist zudem geprägt durch die von den Mittelgebirgsrändern in Richtung Rhein und Neckar verlaufenden Gewässersysteme. Diese haben Schwemmfächer ausgebildet, auf denen heute große Waldflächen vorkommen. Sie haben eine hohe Bedeutung für den Naturschutz, beispielsweise Bienwald oder Neckarsande, und bilden wichtige Ausgleichsräume im Kernraum der Metropolregion. Auf den zwischen diesen Schwemmkegeln liegenden lößreichen Böden hat sich dank des milden Klimas und der Möglichkeit der großflächigen Beregnung eine intensive Landwirtschaft vor allem im Bereich des Sonderkulturanbaus entwickelt.