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La Louisiana fa parte della pianura costiera del golfo, che è attraversata dal Mississippi. L'altezza media di questa regione è di 30 m sul livello del mare, col punto più alto di 163 m del monte Driskill, nel nord dello stato. Dal punto di vista fisico è costituita da quattro zone: la regione delle colline, la pianura alluvionale, la zona della prateria e la regione paludosa della costa. La zona delle colline si trova a nord della valle del fiume Red, a nord del lago Pontchartrain. La pianura alluviale, una regione agricola, si è formata grazie ai fiumi Mississippi, Ouchita e Red. La prateria si trova nel sud-ovest dello stato ed è dedicata alla coltivazione intensiva del riso. Infine, la regione paludosa si estende lungo la costa del Golfo del Messico.
Il fiume più importante della Louisiana è il Mississippi, che crea un impressionante delta che ha permesso il grande sviluppo agricolo di questo stato. Altri fiumi importanti sono l'Ouachita, il Red, il Sabine e il Pearl. Lo stato ha molti laghi tra cui il Pontchartrain, Borgne, Maurepas e Caddo.
Il clima della Louisiana è di tipo subtropicale, essendo lo stato in prossimità del golfo del Messico, benché in inverno arrivino correnti continentali dalla valle del Mississippi-Missouri. In generale, gode di un clima con estati calde ed umide, con temporali pomeridiani, ed inverni temperati. La temperatura media annuale è di 18 °C nel nord e di 21 °C nella regione meridionale. In Luglio si registra una media di 28 °C ed in gennaio di 10 °C. Le precipitazioni medie annuali sono di 1.140 mm. Tra giugno e novembre, la regione è colpita dagli uragani.
La flora dello Stato conta circa 4500 specie diverse. Il golfo del Messico è orlato da pianure prive di alberi, mentre le paludi d'acqua dolce hanno una vegetazione galleggiante. Ad altitudini un po' più elevate si trovano querce sempreverdi analoghe al leccio. A nord delle praterie occidentali e a est del lago Pontchartrain si trovano i pini. L'angolo nord-occidentale dello Stato ha una vegetazione resistente alla siccità, composta di pini, querce e carya. Le pianure alluvionali dei fiumi maggiori hanno piante a legno forte nei terreni ben drenati e cipressi nelle paludi.
La Louisiana è sempre stata ricca di animali selvatici. Oggi sono comuni gli scoiattoli, i tacchini, i castori, i visoni, gli opossum e gli alligatori. Le nutrie, introdotte negli anni Trenta, sono andate aumentando e numerosissimi armadilli sono arrivati dal sud-ovest.