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Il territorio del Kansas occupa parte di due grandi regioni fisiche degli Stati Uniti: la pianura centrale (gran parte della regione orientale dello stato) e le Grandi Pianure. Il punto più elevato si trova nel sud-est, nel monte Sunflower, 1.231 m sul livello del mare, ed il più basso nel letto del fiume Vendigris, 207 m. L'altezza media dello stato è di 610 m. Le principali suddivisioni del territorio sono: l'Altipiano di Ozark, nella zona sud-orientale, le colline di Chautauqua, nella regione di nord-ovest, plasmata dagli effetti della glaciazione, le Colline Flint, regione dal suolo pietroso che si estende da nord a sud senza alberi, e ricca di pascoli. Le High Plains che occupano la parte occidentale dello stato, la regione di dune vicino ai fiumi Cimarron ed Arkansas, la zona di Castle Rock, vicino al fiume Smoky Hill, e la regione del nord dello stato dove l'azione fluviale ha formato curiose formazioni, come Monument Rocks.
I fiumi del Kansas fanno parte del bacino del Mississippi-Missouri. I fiumi Kansas e Marais des Cygnes sfociano nel fiume Missouri, i suoi principali tributari sono il Big Blue, il Republican, il Solomon, il Saline e lo Smoky Hill. Il fiume Arkansas versa le sue acque nel Mississippi, proveniente dallo stato dal Colorado, e per poi continuare il suo corso negli stati di Oklahoma ed Arkansas. I suoi maggiori tributari sono il Cimarron, il Verdigris ed il Neosho. La maggior parte dei laghi del Kansas sono artificiali, costruiti soprattutto dopo la seconda guerra mondiale, per il controllo delle inondazioni, e per l'uso in agricoltura. Il bacino artificiale più importante è il Lago Turtle Creek. Altri laghi sono il Waconda, il Cheney, ed il Milford.
Il clima del Kansas è temperato continentale, con temperature occasionalmente elevate in estate, o molto basse nei mesi invernali. La temperatura media annuale è di 13 °C; vicino allo 0 nel mese di gennaio, e di 27 °C in quello di Luglio. Le precipitazioni oscillano tra 890 mm nell'est, e 450 mm nella regione occidentale. La maggior parte delle precipitazioni si verificano durante la stagione calda, soprattutto tra la fine della primavera e l'inizio dell'estate.
La caratteristica dominante della flora nel Kansas è la vegetazione delle praterie, con vari tipi di erba da pascolo, oltre ad alberi da legname. Noci, olmi, querce e altre specie di piante sono gli alberi più comuni dello stato. La fauna è diversificata e comprende specie tipiche sia delle praterie che delle foreste. Tra l'altro abbondano i fagiani, oggetto di una vasta caccia sportiva, antilopi, scoiattoli, cervi e procioni.