関東山地を穿ちながら縫うように流れ下ってきた多摩川は青梅を扇頂とする扇状地を形成した。この扇状地が武蔵野台地の基盤であり、その上を関東ローム層が数メートルから十数メートルの厚みをもって堆積している。
段丘埼玉県朝霞市内の新河岸川から見た北部河岸段丘。野川公園から見た国分寺崖線。木立になっているところが実は崖。
武蔵野台地では2種類の発達した河岸段丘が見られる。ひとつは南側を流れる多摩川によって形成されたものであって低位面を立川段丘あるいは立川面、高位面を武蔵野段丘あるいは武蔵野面と呼ぶ。もうひとつは北部に見られるものであって、かつての多摩川の流路の名残りと考えられているものである。
立川市や府中市、調布市の中心市街地が載っている立川面は立川崖線（たちかわがいせん）によって多摩川の沖積低地と分けられていて、国立市谷保（やぼ）から青柳（あおやぎ）にかけて、および昭島市付近や青梅市付近にさらに低位の面を抱えている。それらを青柳面、拝島面、千ヶ瀬面として区別する研究者もいる[要出典]。立川崖線は、青梅付近から多摩川に沿う形で立川市内まで続き、中央線の多摩川鉄橋の付近から東に向かい、立川市役所の南を通って、南武線と甲州街道の間をさらに東に向かう。谷保の西で甲州街道の南に入る。ここに谷保天満宮が崖線を利用した形で置かれている。そこからは甲州街道のおよそ500mほど南を東に進み、狛江市元和泉付近まで続いている。立川崖線は府中崖線（ふちゅうがいせん）とも呼ばれる。
立川面と武蔵野面とは国分寺崖線（こくぶんじがいせん）によって分けられている。国分寺崖線は武蔵村山市緑ヶ丘付近に始まり、西武拝島線と多摩都市モノレールの玉川上水駅付近を通り、JR中央線を国立駅の東側で横切り、国分寺市・小金井市と国立市・府中市の市境に沿って東に進む。さらに野川の北に沿いながら調布市に入って深大寺付近を通り、つつじヶ丘などの舌状台地を作りながら世田谷区の玉川地区南部を通り、大田区の田園調布を経て同区の嶺町付近に至る。世田谷区の等々力渓谷は国分寺崖線の一部である。高低差は20メートル近くになる。
武蔵野台地の北部で見られる河岸段丘は、刃物を当てて浚ったような形状を示している。それらは現在流れている黒目川や落合川、柳瀬川といった小河川によって侵食されたのではなく、多摩川のかつての流路であろうと考えられている[要出典]。段丘の高低差は大きいところで数メートル程度なので段丘崖の存在に気づかないこともある。
23区内の坂東京都台東区
左手が上野恩賜公園(武蔵野台地)、右手が低地
武蔵野台地の東部は開折が進んでいて谷が鹿の角のように複雑に入り組んでいる。南から久が原台、田園調布台、目黒台、淀橋台、本郷台、豊島台、成増台といった台地が中小河川によって武蔵野台地から削りだされている。そのため東京の街は坂が多い。たとえば、渋谷は新宿御苑や明治神宮の湧水を源流とする渋谷川によって淀橋台が開折された谷底平野に開かれた街である。町の中心である渋谷駅を挟んで東側に宮益坂、西側に道玄坂があることからも、それはわかる。
江戸城、現在の皇居も武蔵野台地に位置しており、淀橋台の東端の地形を利用している。同様に本郷台の東端にある上野恩賜公園も武蔵野台地の一角を占めている（上野駅の東側と西側の高低差がそれを示している）。
この多摩川に面した地区では崖線のことを「ハケ」「ママ」と呼び（国分寺崖線が「ハケ」、立川崖線が「ママ」と呼ばれる）、その斜面地の多くは雑木林で覆われ、ハケ下、ママ下には湧水がみられる。特に有名なのは名水百選にも選ばれている国分寺市の「お鷹の道・真姿の池湧水群」である。これは国分寺崖線下の湧水であって、多摩川の支流である野川の源流のひとつとなっている。 もうひとつ著名なのは、国立市の「ママ下湧水群」である。これは青柳崖線下の湧水であって、湧水量の多さとそれが今も稲作に用いられ、大都市近郊にありながら昔ながらの景観を生み出しているとともに多様な水辺の生物を涵養している点に価値がある。
黒目川や柳瀬川は武蔵野台地を北東方向へ流れ、下流で荒川に合流している。すなわち荒川水系に属している。一方、残堀川や野川のように多摩川水系に属する川も武蔵野台地には流れているので、武蔵野台地のどこかに両水系の境界線、つまり分水界が存在する。
武蔵野台地でかつて多く見られた形式の井戸が「まいまいず井戸」である。詳細は「まいまいず井戸」を参照のこと。
かつて武蔵野台地の中央、立川面には武蔵国の国府や国衙、国分寺が置かれ、武蔵国の中心となっていた。これは、武蔵国でもこの一帯が水に恵まれていたためであると考えられている。一方、高位面である武蔵野面の開発は水の便が悪かったため江戸時代まで手付かずの状態だった。このような状況を変えたのが、玉川上水の開削である。
