黑土的形成是一個緩慢的過程，主要在溫帶草原化草甸植被下發生，其表層含有暗色腐植化物質。自然條件下，形成1厘米厚的黑土層大約需要200至400年。這一過程涉及多個因素：
腐殖質的累積與分解。黑土地區通常氣候冷涼且位於半濕潤區，土壤母質粘重，透水性不良，且有季節性凍層，易形成上層滯水土壤。這有利於草甸植被的生長，它們積累大量營養物質。植物死亡後，由於冬季漫長且氣候寒冷，微生物活動受到抑制，無法充分分解植物殘體，導致腐殖質不斷累積。
季節性和地理因素。在晚秋季節，植物死亡後，由於東北地區的冬季漫長且氣候寒冷，再加上土壤凍結，微生物活動受到抑制，無法充分分解植物殘體。黑土地區的地形大都是波狀起伏的漫川漫崗地，夏季降水集中，下滲水流使得土體內易溶的有機膠體、養分、灰分元素產生淋溶下移，並在澱積層中澱積。
黑土的形成還受草原植被的影響，主要以禾本科、豆科和菊科植物為主，夏季生長繁茂，形成大量有機質。暖季形成的有機物質在漫長的冬季後歸入土壤中，但得不到充分分解，因此以腐殖質的形式殘存在土壤中。新的草原植被又開始生長，形成新鮮的有機質，周而復始，在土體中貯存大量的腐殖質形態的有機物質。