Речная сеть на Валдайской возвышенности, являющейся водоразделом между реками Каспийского и Балтийского бассейнов, развита слабо, крупных рек почти нет. Ни одна река, кроме Меты, не пересекает Валдайскую возвышенность. Для рек характерны высокие весенние половодья и осенние паводки. На снеговое питание приходится 60 %, грунтовое 30 и дождливое 10 %. Сток рек высокий, он достигает 10–12 л/сек км2
. К крупным озерам относятся Селигер, Валдайское, Велье и Шлипо. Основные водоносные горизонты располагаются в девонских и каменноугольных отложениях. Особенно водообильны серпуховские слои, к которым приурочены карстовые источники с дебитом 2–10 л/сек, а в отдельных случаях — 50–560 л/сек. Подземные воды серпуховской толщи характеризуются значительной минерализацией, достигающей 300–400 мг/л. По химическому составу воды гидрокарбонатные, магниево-кальциевые, натриево-кальциевые.Сложный рельеф Валдайской возвышенности определил значительную пестроту почвенного покрова, преобладают дерново-подзолистые и подзолистые почвы, формирующиеся под хвойными лесами. В долинах рек — аллювиальные и дерново-луговые почвы. В местах выхода карбонатных пород развиваются темноцветные неоподзоленные дерново-карбонатные почвы.
Растительность представлена южнотаежными еловыми и сосновыми лесами, чередующимися с мелколиственными насаждениями и различными по величине массивами болот и лугов. Еловые и сосновые леса преимущественно зеленомошные. На южных склонах встречаются сосняки с подлеском из орешника, бересклета и ильма. Повсеместно распространены луга. Преобладают пойменные разнотравные, переходящие в понижениях в осоковые, а на повышенных участках — в щучково-разнотравные. В долине р. Меты, где аллювий обогащен обломками карбонатных пород, развиты остепненные разнотравные луга. Болот сравнительно мало и они обычно невелики по размерам.
Карст в пределах Валдайской возвышенности значительно распространен. Он развивается в известняках и доломитах нижнего и среднего карбона. Наиболее интенсивно закарстованы доломиты и доломитизированные известняки. Карст представлен воронками, понорами, блюдцами, котловинами, суходолами и озерами. Воронки располагаются обычно группами, иногда вытянуты в цепочку. Наиболее крупные из них достигают 50 м в поперечнике и 15 м глубины. Часто встречаются блюдца диаметром около 25 м и глубиной 1–2 м, незаметно переходящие в равнинную поверхность. Склоны котловин длиной 300 м осложнены воронками. Наибольшее развитие карстовые процессы получают в пределах карбонового уступа и в долинах прорезающих его рек.
Карстовые озера достигают иногда крупных размеров. К концу лета карстовые озера сильно мелеют и по их бывшему дну, поросшему травяной растительностью, текут небольшие ручейки, исчезающие в провалах. Следовательно, многие карстовые озера представляют собой разливы рек, воды которых не могут сразу поглотиться понорами. Иногда в течение всего лета или нескольких лет в карстовых озерах нет воды. В некоторых озерах вода уходит, и зимой лед садится прямо на дно, облекая все его неровности. В местах ухода озер широко развиты провальные воронки, вытянутые цепочкой и показывающие путь подземного потока.
Подземный карст представлен кавернами, полостями и пещерами. Молодые четвертичные полости сложены преимущественно коричневой или бурой песчано-валунной глиной, а древние — известняковой, в основном жирной пестроокрашенной глиной. В некоторых полостях встречаются кристаллы кальцита и кварца. Интересны древние карстовые воронки, не выраженные в настоящее время в рельефе, но четко прослеживаемые в стенках карьеров и естественных обрывов.
Валдайская карстовая провинция подразделяется на два карстовых округа: Вепсовский и Валдайско-Торжокский и 15 карстовых районов.
Шола-Мегрский карстовый район занимает территорию между реками Мегра, Вытегра, Ковжа и Шола. Карстуются известняки и доломиты нижнего и среднего карбона. Среди поверхностных форм особенно широко распространены воронки и блюдца. Размеры воронок небольшие, лишь некоторые из них достигают 200 м в диаметре и 25 м глубины. Интересны карстовые озера Качозеро, Ундозеро, Лухтозеро и Куштозеро. Два последних к концу лета обычно полностью высыхают и тогда на дне их видны крупные карстовые воронки с хорошо развитыми понорами. В 8 км к востоку от Куштозера вытекает крупный источник, который образует р. Талик, впадающую в Базегу (приток Шолы). Как показали наблюдения, режим Талика связан с режимом Куштозера. Подземные формы представлены кавернами и полостями до 0,5 м в поперечнике. Встречаются небольшие пещеры.