Địa hình của huyện cơ bản là đồng bằng, một phần nhỏ là bán sơn địa, thấp dần từ Tây Bắc xuống Đông Nam, có thể chia thành ba tiểu vùng trũng như sau:
- Vùng gò đồi bán sơn địa ở phía Bắc huyện, độ cao trung bình từ 9 - 10 m nằm ven theo sông Cà Lồ, bao gồm một phần các xã: Vạn Yên, Tự Lập, Tiến Thắng, Thanh Lâm, Đại Thịnh, Kim Hoa, Quang Minh, Mê Linh và Tiền Phong, khoảng trên 6,5 nghìn ha, được hình thành trên nền phù sa cũ bạc màu có hàm lượng các chất dinh dưỡng thấp, nguồn nước mặt hạn chế. Đây là
vùng rất thích hợp để phát triển công nghiệp và xây dựng, trồng hoa màu và cây lương thực.
- Vùng hai bên đê sông Hồng diện tích 3.135,26 ha chiếm 22% tổng diện tích tự nhiên, có địa hình bằng phẳng, độ cao trung bình từ 8 - 10 m, bao gồm một phần các xã: Tiến Thịnh, Chu Phan, Thạch Đà, Hoàng Kim, Văn Khê, Tráng Việt. Đây là vùng đất phù sa có hàm lượng dinh dưỡng khá cao, một số vùng ngoài đê được phù sa sông Hồng bồi đắp hàng năm, phù hợp với trồng hoa màu, phát triển các bãi chăn thả, trong tương lai là vùng phát triển nông nghiệp hàng hóa kết hợp du lịch sinh thái rất phù hợp.
- Vùng trũng ở giữa với độ cao từ 6 - 8 m, bao gồm các xã Văn Khê, Tam Đồng, Liên Mạc và một phần các xã còn lại với diện tích 4.417,87 ha chiếm 31% diện tích tự nhiên, đây là vùng đã được thuỷ lợi hoá hoàn chỉnh, đất phù sa có hàm lượng dinh dưỡng bình thường và cao, cũng là vùng trọng điểm sản xuất lương thực, phù hợp cho phát triển nông nghiệp kỹ thuật cao như sản xuất rau sạch, chăn nuôi gia súc gia cầm sạch theo dây chuyền công nghệ tiên tiến và một số khu vực có thể là quỹ đất để phát triển đô thị.