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L'Oklahoma è uno stato con una grande varietà dal punto di vista fisico. Con un'altezza media di 396 m, il punto più alto si trova nel nord-ovest, sulla cima del Black Mesa, a 1.516 m sul livello del mare, ed il più basso nel sud-est dello stato, nel letto del fiume Little, a 87 m. L'osservazione di una mappa dell'Oklahoma evidenzia a colpo d'occhio, la stretta striscia di terra che si estende dal Texas, Colorado e Kansas, e che forma un breve confine col Nuovo Messico. Questa striscia, nota come Panhandle, fa parte della regione delle Grandi Pianure. La maggior parte del territorio dell'Oklahoma si trova nella regione delle pianure centrali del continente nordamericano. Questa zona si divide in tre grandi aree geofisiche: una regione di colline, una regione pianeggiante, e la regione di Sandstone Hills (Colline di Arenaria), una regione di basse montagne coperte da foreste.
La sezione orientale dell'Oklahoma, vicino alla frontiera con l'Arkansas, può essere diviso in tre settori: la regione delle foreste, parte dell'altopiano di Ozark, la zona aspra dei monti Ouchita, catena che condivide con l'Arkansas; e la regione compresa tra il fiume Red ed il lago Texoma che ha i terreni migliori, dello stato dal punto di vista agricolo.
I due grandi bacini idrografici dell'Oklahoma sono quelli del fiume Arkansas e del fiume Red. In Oklahoma, il fiume l'Arkansas riceve le acque dei fiumi Verdigris, Neosho, Illinois, Cimarron e Canadian. I tributari del fiume Red che forma la maggior parte della frontiera con lo stato del Texas, sono i fiumi Washita, Blue, Kiamichi, Elm Fork, North Fork, Prairie Dog, Town Fork e Salt Fork. Sui corsi di questi fiumi, sono stati creati durante il secolo XX numerosi laghi con l'intenzione di controllare le inondazioni, facilitare l'irrigazione e produrre energia elettrica. I laghi più importanti sono il bacino artificiale Eufaula, il Grand Lake ed il lago Texoma.
Il clima dell'Oklahoma è mite con una temperatura media annuale di 16 °C; 4 °C in gennaio e 28 °C in Luglio. Il regime delle piogge varia enormemente secondo la regione. Infatti, nel sud-est dello stato le precipitazioni sono più abbondanti, 1.270 mm di media annuale, che nella regione confinante col Nuovo Messico, 380 mm. Le siccità sono frequenti come anche tempeste, tornado, grandinate e bufere.
Le praterie dell'Oklahoma sono dominate da piante erbacee che creano un paesaggio vasto e aperto. Qui si trovano diverse specie di graminacee, come il bluestem, l'indiangrass e il switchgrass. Queste piante forniscono un habitat essenziale per molti animali selvatici e aiutano anche a prevenire l'erosione del suolo. Nella parte centrale dello stato, le foreste di querce sono predominanti. Questi boschi sono composti principalmente da querce rosse e bianche, che forniscono cibo e riparo a numerose specie animali. La fauna selvatica dell'Oklahoma è varia e abbondante. Cervi, coyote, lepri e molti altri piccoli animali sono comuni nelle praterie e nelle foreste. Questi animali sono ben adattati ai diversi habitat dello stato e svolgono ruoli cruciali negli ecosistemi locali. La catena montuosa delle Wichita è uno degli ultimi rifugi per alcune delle specie più iconiche dell'Oklahoma. Qui, sparuti branchi di bisonti continuano a vagare liberamente, mantenendo vivo un legame con il passato selvaggio dell'America. Oltre ai bisonti, la zona ospita bestiame brado e cani della prateria, che contribuiscono alla biodiversità della regione.