Gewählt wird in Nordrhein-Westfalen nach einem Mischsystem aus Mehrheitswahl und Verhältniswahl. Für die Zusammensetzung des Landtags ist das Verhältnis der für die verschiedenen Parteien abgegebenen Stimmen ausschlaggebend. NRW ist in 128 Wahlkreise mit etwa gleich großer Bevölkerungszahl aufgeteilt. Von den in einem Wahlkreis Kandidierenden - sie werden fast immer von ihren Parteien nominiert - kommt der oder die mit den meisten Wählerstimmen (Mehrheitswahl) für die Dauer einer Wahlperiode "direkt" in den Landtag. Damit sind von den gesetzlich vorgesehenen 181 Sitzen des Landesparlaments bereits 128 besetzt. Die restlichen 53 (oder mehr) Abgeordneten werden über Landesreservelisten in den Landtag gewählt. Stehen einer Partei nach dem Gesamtwahlergebnis mehr Sitze im Landtag zu, als sie "direkt" in den Wahlkreisen erringen konnte, besetzt sie die ihnen zukommende Zahl der Restplätze mit ihren Listenkandidaten (Verhältniswahl). Erst dadurch erhalten kleinere Parteien, die in keinem Wahlkreis die Mehrheit erringen konnten die Möglichkeit, Abgeordnete in den Landtag zu entsenden.

Erhält eine Partei in den Wahlkreisen mehr Sitze, als ihr unter Zugrundelegung einer verhältnismäßigen Verteilung der grundsätzlichen 181 Landtagssitze nach der Stimmenzahl zustehen (sog. Überhangmandate), so wird die Anzahl der Mandate so weit erhöht, dass - unter Aufrechterhaltung einer ungeraden Gesamtzahl - auch die übrigen Parteien eine ihrem Stimmenanteil entsprechende Relation von Mandaten erreichen, wie sie die durch Mehrsitze erfolgreichste Partei erzielt hat (sog. Ausgleichsmandate). Parteien, die bei einer Landtagswahl weniger als 5 Prozent der Gesamtstimmenzahl erreichen, dürfen keine Abgeordneten in den Landtag schicken (Fünf-Prozent-Klausel). Diese Klausel wurde eingeführt, um die Gefahr der Zersplitterung, die das Verhältniswahlrecht in sich birgt, zu vermeiden.

Ab 2010 wählt man nicht mehr einen Kandidaten und dessen Partei zugleich. Denn mit der Wahl zum Landtag 2010 hat jeder Wahlberechtigte - wie bei der Bundestagswahl - zwei Stimmen, die er einem Kandidaten bzw. einer Kandidatin aus seinem Wahlkreis und einer Partei unabhängig voneinander geben kann.