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Lo stato dell'Indiana è praticamente piatto, poiché la sua altezza media è poco più di 200 m sul livello del mare, il punto più alto si trova a 383 m e il più basso a 98 m. Tre sono le grandi regioni geografiche in cui si può dividere il territorio: la regione dei laghi, la pianura centrale dedicata alla coltivazione, e la regione di colline e pianure del sud. La pianura del nord è una regione modellata dalla glaciazione, che ha formato laghi, morene e terreni paludosi. Alcune di queste zone umide, in particolare nel nord-ovest, sono state prosciugate per creare terreni coltivabili. La pianura centrale è una regione un po' irregolare, alternata da colline e valli poco profonde, e formata da materiali sedimentari trascinati dal disgelo dei ghiacciai. Infine, la regione meridionale è un territorio vario dal punto di vista geografico: a ovest si trovano le terre bonificate dal fiume Wabash, di grande ricchezza per la coltivazione, la regione centrale è una sezione formata da colline e valli con depositi calcarei che hanno permesso la formazione di fiumi sotterranei e grotte, da sottolineare quelle di Wyandotte e Marengo, e fonti di acqua termale, come quelle di French Lick, West Baden e Martinsville.
I fiumi dell'Indiana fanno parte di due bacini principali: quello del San Lorenzo ed i Grandi Laghi, ed il bacino dell'Ohio-Mississippi. Ad eccezione del fiume Maumee e del fiume Saint Joseph che sfociano nel primo sistema, il resto sono tributari del bacino dell'Ohio-Mississippi. Il fiume Wabash che nasce vicino allo stato dell'Ohio, è il più importante che attraversa l'Indiana; percorre lo stato ad ovest, e forma la frontiera naturale con l'Illinois, e si unisce al fiume l'Ohio nella zona sud-occidentale dell'Indiana. I fiumi Tippecamoe, Eel, Mississinewa, White e Patoka sono i fiumi più importanti che alimentano il fiume Wabash. I più importanti laghi dell'Indiana, oltre al Michigan, sono: il Wawasee, il Maxinkuckee e il Bass. Tutti si trovano nella regione settentrionale, e sono di origine glaciale.
Il clima dell'Indiana è temperato, con poche differenze nel territorio. Le estati sono miti, 24 °C di temperatura media in Luglio, ed i suoi inverni poco rigidi, con temperature che variano tra 2 °C nel sud-ovest e -4 °C nell'estremo nord durante il mese di gennaio, il più freddo. Le precipitazioni medie registrate in Indiana sono tra gli 890 mm a nord, e i 1.120 mm a sud. Le precipitazioni nevose sono abbondanti in tutto il territorio, soprattutto nelle regioni vicine al lago Michigan.
Originariamente circa il 20% del territorio era ricoperto da praterie e il resto da foreste folte con diverse specie di alberi: almeno 120 tra cui, il faggio e l'acero. Oggi la percentuale di territorio boschivo è drasticamente ridotta, poiché intere foreste sono state abbattute per ricavarne legname. Per quanto riguarda la fauna, è da rilevare che le specie di animali selvatici furono decimate durante i primi anni della colonizzazione, quando i nuovi arrivati si dedicavano alla caccia delle pelli oppure sterminavano gli animali mentre diboscavano il territorio. Sparirono così orsi, bufali, daini e lupi. Per ovviare al pericolo della completa estinzione, nel 1881 l'Indiana emanò una legislazione atta a proteggere l'ambiente, grazie alla quale si ottennero sostanziali cambiamenti.