Størstedelen avSahara er et cirka 300 meter høyt platåland, og tilhørerDet afrikanske alpinsystem. Dette ble hevet itertiærtiden, og berggrunnen har sidenerodert. Sahara utgjør for en stor del et flatt landskap av platåer og grusdekkede sletter uten vegetasjon. Videre finnesoaser, sandsletter og sanddyner. Periodisk vannførende erosjonsdaler (wadi) som gjennomskjærer ørkenen er også typisk for Sahara. Platålandet synker motAtlasfjellene i nord ogEgypt i nordøst. Her dannes forsenkninger, depresjoner, med saltsjøer som for eksempelQattara i Egypt, som ligger 133 meter under havets overflate. I den sentrale delen av Sahara ligger store grunnfjellmassiver, de viktigste erAhaggar,Aïr ogTibesti. De høyeste toppene er yngre, utslokte vulkaner. Toppen avEmi Koussi er Saharas høyeste punkt på 3415 meter over havet.

Mesteparten av Sahara er dekket av sedimenter som er yngre enn 50 millioner år. Mer enn halvparten av Sahara er dekket av såkalt yermojord med lag av grus og stein. Bare enkelte lokale steder stikker grunnfjellet (Saharakratonet) frem. Jern, kobber og uran finnes flere steder og olje utvinnes i Algerie.

Store deler av platålandskapet består av sletter, dels formet i fast fjell med et dekke av store steinblokker (hammada), dels dekket av grovere grus og stein (reg). De store sandørkener (erg) med sand i bølgende dyner ligger i utkanten av Sahara, blant annet i sørligeAlgerie ogden libyske ørken, som for øvrig er Saharas største sandørken. Totalt er rundt 20 prosent av Sahara sandørken. Enkelte steder er undergrunnen dekket av leirlag eller består av gips og andre salter. Dette tyder på at disse steder er bunnen av inntørrede sjøbekkener fra perioder da klimaet i Sahara var fuktigere. Der grunnvannet trenger frem mot overflaten, dannes som regel fruktbare oaser. I øst dannes en sammenhengende oase der Nilen skjærer gjennom ørkenen. I Atlas er det flere elver som i enkelte årstider fører atskillig vann.

Sandørken (erg) utgjør 20 prosent og ligger i utkanten av Sahara, blant annet i sørlige Algerie ogden libyske ørken. Landformene er her dannet av vind og sporadisk regn. Enkelte steder er undergrunnen dekket av leirlag eller består av gips og andre salter. Der grunnvannet trenger frem mot overflaten, dannes som regel fruktbare oaser som for eksempelBahariya,Ghardaïa, Timimoun, Kufrah ogSiwa. Sanden i Sahara er rødlig. Tykkelsen i ergene er oftest 20–100 meter, men megadyner kan være opptil 300 meter høye.

I øst skjærerNilen gjennom ørkenen. Landskapet omkringGreat Rift Valley består avdepresjoner,saltsjøer og høye fjell.Det arabisk-nubiske skjold er i ferd med å løsrive seg fraSaharakratonet langsAfarriften. I sør går ørkenen gradvis over i steppelandskap. Denne overgangssonen kallesSahel der det lokalt voksergress ogbuskvekster.

Sahara har etørkenklima som er betinget av det subtropiske høytrykksbeltet. Det faller noenedbør over kystnære områder, mens det over de sentrale delene gjennomgående er tørke. Nedbør fra nordvest forhindres avAtlasfjellene. Høytrykksbeltet forsterkes og forskyves mot sør om vinteren, og svekkes og forskyves mot nord om sommeren. Årlig har det sentrale Sahara over 4000 solskinnstimer, nær det maksimalt mulige. Temperaturvekslingene mellom dag og natt og mellom vinter og sommer er store. Om sommeren kan temperaturen ofte bli over 50 °C, om vinteren ofte under 0 °C. Sahara har verdens høyeste registrertelufttemperatur, 58,0 °C, målt i 'Aziziya i Libya.

I de lavereliggende sentrale ørkenområdene er årsnedbøren under 50 millimeter, lengst i øst under fem millimeter. Det er forholdsvis vanlig med bygenedbør og lyn som ikke når bakken. I fjellene er nedbøren større, oftest i form av kortvarige, kraftige byger som hurtig fyller uttørkede elveleier. Det egentlige ørkenområdet avgrenses av stepper med vinterregn i nord og stepper med sommerregn i sør.

Klimaet i Sahara har variert betydelig gjennom tidene.Kvartærtidens veksling mellomistider og interglasiale perioder har medført lange perioder med gunstigklima i Sahara. Etter den siste istiden var det en særlig gunstig periode i tidsrommet 8000–5500 fvt.

Det er usikkert hva slags konsekvenser de pågående globaleklimaendringene vil få i området rundt Sahara. De fleste klimamodellene antyder at det vil bli mer total nedbør på sikt i Sahel, bortsett fra i den vestligste delen avSenegal ogMauritania. Men sannsynligvis vil nedbøren komme mer konsentrert i noen færre regnskyll. Det er usikkert hvordan dette vil påvirke lokal økologi og landbruksproduksjon.

Det er lite planteliv i Sahara. Store strekninger er helt nakne, andre steder finnes det en spredtvegetasjon som vesentlig består av tørketålende kurvplanter, erteplanter, korsblomster og gressarter. På saltholdig grunn vokser meldearter og andrehalofytter (saltvannstolerante planter). De flerårige artene har lange røtter som når ned iundergrunnen. Noen har kjøttfulle blad, andre er dekket av filthår som reduserer fordampningen fra bladene. En karakterplante i Sahara erjerikorosen. Det er bare et par treslag som kan greie det tørre klimaet: i fjellstrøkene en akasieart,Acacia tortilis, og i erosjonsdalene entamarisk,Tamarix articulata. Øverst i Ahaggarfjellene finnes littbarskog. Oasene er særlig preget avdaddelpalmer, men her dyrkes også korn, frukt oggrønnsaker.

Dyrelivet i Sahara har skiftet med klimaet. Helleristninger og skjelettrester viser at det i en ikke særlig fjern fortid med fuktigere klima levdeelefanter,neshorn,flodhester og sjiraffer i Sahara. Nå derimot, danner ørkenen et dyregeografisk skilleområde mellom et middelhavsområde og et afrikansk område. Dyrelivet er relativt fattig på arter, og dyrene er oftest sandfarget. Avpattedyr kan nevnesørkengaupe eller karakal,ørkenrev, stripehyene, mendes- eller addaxantilope,sabelantilope, ørkengaselle, et par arterspringmus ogkapphare. Avreptiler er det flere arter, blant annetagamer,skinker og giftigeslanger, hvorav særlig hornslangen er kjent. Av fugler er særligstruts karakteristisk, dessuten blant annetlerker ogsandhøns. Husdyrene er vesentlig geit, esel, hest ogdromedar.

Det aller meste av Sahara er ubeboelig og folketomt, og bosetningene er, særlig tradisjonelt, stort sett begrenset til oasene. I nordvest ligger de store oasegruppene Tafilalet, Touggourt og Adrar. I den sentrale delen ligger Fezzan-oasene sør for Tripoli, og i den østlige del av ørkenområdet Libyske ørken oasene Farafra, Siwa, Dakhla og Kharga, og vestenfor disse Kufra-oasene. En del av Saharas befolkning lever somnomader som vandrer med kameler, sauer og geiter, særlig i vest og høyereliggende strøk hvor det finnes plantevekst.

De eldste funn av representanter formenneskefamilien (Hominidae) er knyttet til tidligpaleolittisk tid. Skjelettmateriale avHomo erectus er funnet ved Ternifine i Algerie, og anslås til å være 600 000–800 000 år gamle. Redskaper avacheuléen-type, som er karakteristisk for Homo erectus, er også kjent. Funn avmoustérien-redskap viser atneandertalmennesket (Homo neanderthalensis) har levd i disse områdene i mellompaleolittisk tid. For omkring 40 000 år siden, i senpaleolittisk tid, dukket det moderne mennesket,Homo sapiens, opp.

Capsien-kulturen er navn på en senpaleolittisk jegerkultur i det nåværende Tunisia og Algerie. Den var virksom mellom cirka 10 000 og 6000 årfvt. Karakteristisk er funn avkjøkkenmøddinger, noe som tyder på en sesongmessig utnyttelse av ressursene. Blant redskaper er funnetmikrolitter ogkniver avflint. Til denne perioden kan man datere de førstehulemaleriene; særlig kjent erTassili-funnene på et høydeplatå i det sentrale Sahara, i det nåværende Algerie, der det i 1933 ble funnet huler som viste seg å være rikt dekorert med malerier. De eldste funnene dateres til yngre steinalder, de yngste til tiden rundtvår tidsregnings begynnelse. Afrikas eldstekeramikk stammer fra områder i Sahara og kan dateres til omkring 7000 fvt.

Rundt 6000 fvt. begynte den første dyrkingen avhirse, og husdyrhold med geiter og sauer tok også til. Den tiltagende uttørkingen fra omkring 5000 fvt. førte til at store deler av Sahara ble ubeboelig omkring 3000 fvt.

Pastoralisme er en viktig næringsvei i Sahara og området rundt. Dette innebærer beitebruk og flyttinger over lange avstander basert på årstidsvariasjoner i ørkenens yttergrense. Jordbruk kan kun drives i oasene og randområdene. I oasene dyrker den fastboende befolkningen dadler og andrefrukter, grønnsaker og korn. Sahara er ellers rikt påmineraler som for eksempel jern,kobber,mangan,nikkel, tinn, krom, sink,kobolt, sølv, gull,platina med mer. I deler av Algerie ogLibya er det gjort særdeles rike petroleumsfunn, som føres i rørledninger til havnebyer ved middelhavskysten. Ved Fort Gouraud iMauritania brytesjernmalm, som føres med jernbane tilNouadhibou. Vest-Sahara har store fosfatleier. Ørkenklimaet og avstandene hindrer ellers utnyttelse av mange mineralforekomster. I Libya utnyttes Saharasgrunnvann i stor målestokk.

Nomadenes betydning som fraktefolk og mellomhandlere (karavaner) har gått sterkt tilbake blant annet på grunn av økende bil- og flytrafikk. De viktigste karavanerutene gikk fraBiskra i Algerie overIn Salah tilTimbuktu (Tombouctou), Gao og andre steder ved øvre Niger, og fra Libya over Tibesti til traktene vedTsjadsjøen. Veiene i dag følger omtrent de samme rutene. Sahara krysses dessuten av flere internasjonale flyruter.

• Afrika
• Afrikas historie
• Sahel
• ørkenspredning