الربع الخالي يشتمل على اكبر صحراء رملية في العالم إذ تمتد على مساحة تتجاوز 600 الف كم مربع و بطول يقارب 1200 كم و عرض يقارب 640 كم. يقع الربع الخالي في الجزء الجنوبي من شبه الجزيرة العربية و يغطي المساحة بين الامارات العربية المتحدة و جبال عمان شرقا الى مرتفعات عسير و جبال اليمن غربا و يحده من الجنوب هضبة حضرموت و يتصل من الشمال بالدهناء و لهذا سمي الربع الخالي بالحوض الرملي العظيم. يتخلل الربع الخالي مساحة واسعة من السباخ (السبخات) المحاطة بالعروق الرملية الضخمة من جميع جوانبها. السبخة في تعريفها الجغرافي هي الارض المنخفضة و المسطحة و القريبة من مستوى الماء الباطني و مغطاة بقشرة ملحية. تختلف سباخ الربع الخالي عن السباخ الساحلية التي تكون خالية من النبات أما سباخ الربع الخالي فتسمح درجة الملوحة فيها بنمو بعض النباتات التي تمتاز بمقاومتها للاملاح.

رمال الربع الخالي اما قارية و مصدرها عمان و اليمن بالاضافة الى تفتت صخور الدرع العربي (الجبال الواقعة على ساحل البحر الاحمر) و هذه الرمال تميل للون الاحمر بسبب تأثرها بأكسيد الحديد. أما الرمال البحرية فمصدرها الخليج وهي رمال تميل للون الابيض و هي رمال خشنة و ملحية و خفيفة و قد نقلتها الرياح طوال ملايين السنين لتكون هذا الحوض الرسوبي المسمى الربع الخالي.

تشكيلات رمال الربع الخالي تتباين تباينا واضحا من منطقة الى اخرى وهذا بفعل نظام الرياح التي كانت تهب على المنطقة من ملايين السنين. فهناك الكثبان الهلالية التي تتميز بضخامتها و ارتفاعها و تشابكها و غالبا ما تحيط بسبخات رطبه. الكثبان الرملية النجمية معروفة بأشكالها المماثلة للقمم الهرمية الحادة وهي اما منفردة او متصله بعضها ببعض. الكثبان ذات القبب المستديرة حيث يوجد بها فجوات عميقة تكون متداخلة و متراكمة فوق بعضها و تمتد على مسافات طويلة جدا  وذات ارتفاعات شاهقة. كما يوجد في الربع الخالي تشكيلات رملية على شكل سفوح منبسطة تتخللها بعض الكثبان ذات الارتفاعات المتوسطة و المترابطة ببعضها على شكل عروق تمتد لمسافات طويلة. كما توجد مساحات بين الكثبان الرملية المغطاة بصخور الصوان التي تدلل على انها كانت في العصور الماضية بحيرات مائية يعتاش عليها انسان العصر الحجري. تعرف التشكيلات الرملية للربع الخالي بأسماء  خاصة لدى البدو مثل الدكاكة و البوح و السنام.

النباتات الصحراوية في الربع الخالي على شحتها تختلف بأختلاف المناطق الواقعة فيها. فنبات الرمث على سبيل المثال  ينمو في المسطحات الرملية بينما نبات العبل ينمو فوق الكثبان ويتميز بطول جذوره التي قد تمتد الى 60 متر وبأتجاهات مختلفة. كما ان بعض نباتات الربع الخالي يعتبر متوطن اي لا ينبت الا في الربع الخالي مثل نبات الحاذ و نبات العندب.