La valle di Acquafredda è fiancheggiata da numerose piccole valli che si aprono su sedimenti di sabbia e argilla ma anche di tufo. Il suolo è fertile ed ampia è la varietà naturale potenziale: sughere, olmi, equiseti, rosa canina, ginestra, cardi e orchidee. Gran parte delle specie vegetali permane solo in prossimità del reticolo idrografico. L'ambiente ripariale, distribuito lungo il fosso, svolge un importante ruolo ecologico: nelle formazioni a salici e canneti si possono trovare uccelli tipici degli ambienti umidi, come la folaga, la gallinella d'acqua, l'usignolo di fiume e il pendolino.
Nella Riserva si intrecciano vari ambienti: perciò oltre ad ospitare tutti gli uccelli che vivono normalmente in città, come passeri, cardellini, verzellini, fringuelli, capinere e cinciallegre, accoglie la cannaiola e l'usignolo di fiume che si aggirano nei canneti. Negli stagni temporanei nidifica la gallinella d'acqua e qualche volta appare l'airone cinerino. Nella Riserva, in primavera, si possono osservare contemporaneamente rondini, che fanno i nidi nelle case coloniche, rondoni di ambiente più urbano e balestrucci tipici dei piccoli borghi. Ma gli uccelli più particolari sono il pendolino legato alla vegetazione ripariale, e il gruccione venuto a nidificare da poco a Roma, proveniente dalle dune marine. Sui cieli della Riserva, a volte, si osserva volteggiare il gheppio. Censiti inoltre istrice, volpe e, tra i rettili, il cervone.
Un po' più a valle del Fosso dell'Acquafredda l'acqua delle sorgenti e delle piogge forma piccoli stagni dove si trovano, oltre a salici e canne, numerose tife ed equiseti. Gli stagni sono gli habitat naturali di rane, rospi e tritoni. Alcuni tratti dei fondovalle della Riserva sono ricoperti da estesi canneti. Il canneto si trova nelle parti più ricche di acqua. Nelle stesse aree cresce spesso il salice, pianta che colonizza le rive dei fiumi. Del pioppo nero esistono alcuni esemplari che, seppur ridotti nel numero, sono piuttosto imponenti. Il canneto è usato dai contadini per ricavarne sostegni alle piante dell'orto, ma è anche il rifugio per molti animali della Riserva.
Sul versante occidentale è presente una sughereta. Passando su via dell'Acquafredda se ne vedono le chiome verde scuro. La sughereta ricopriva in passato una superficie più ampia dell'attuale. L'esigenza di terreno coltivabile ne ha determinato la riduzione. Tuttavia con il progressivo abbandono delle coltivazioni sta ricolonizzando altri territori e, infatti, giovani sughere si trovano sparse in ogni parte della Riserva.
Il territorio della Riserva è caratterizzato da rilievi collinari di modesta elevazione. Gli ampi pianori presenti nella Riserva hanno terreno di origine vulcanica, mentre nei fondovalle si trova prevalentemente sabbia depositata dal mare qualche migliaia di anni fa, prima sepolta dai depositi del vulcano di Bracciano e poi riportata alla luce dall'azione erosiva dei vari fossi.
