Шуменското плато е най-високото и най-типичното сред остатъчните плата в Североизточна България. Най-високата точка на Шуменско плато е вр. „Търнов табия“ (501,9 м), разположен в западната част на парка, а средната надморска височина е 427 м. Релефът е типично платовиден. Той включва обширно леко хълмисто билно равнище (60,0 % от площта на парка) и стръмни, на места със скални венци склонове на платото. Шуменско плато е модел за регионална карстова геосистема, състояща се от атрактивни повърхностни и подземни карстови форми (пещери). Повърхностните карстови форми – понори, въртопи, ували, живописни долинни врязвания, наподобяващи малки каньони и непристъпни скални венци са част от уникалните природните дадености в парка. Пещерите са повече от 30. Част от тях са изследвани и проучени. Пещерите „Бисерна“ и „Тайните понори“ са сред 25-те най-големи пещери в страната.

Шуменското плато е изградено от мезозойски скали, формирани в морски условия преди около 100 млн. години. С най-голямо значение са варовиците. Те изграждат хълмистото било. Варовиковият скален комплекс лежи върху пласт от пясъчници, богат на морска фосилна фауна ( вкаменелости). Основата на платото е изградена от дебела мергелна плоча. Почвената покривка е разнообразна. Включва почви от 4 типа (плитки, лесивирани, делувиални и антропогенизирани), 13 подтипа и родове с най-различни разновидности. Хидро-климатичните услови са умерено-континентални.

По платото липсват повърхностно течащи води. Преобладават подземните води, които дават начало на много карстови извори в подножието на платото.