Vasta come un piccolo Parco Nazionale, la Riserva comprende oltre 6.000 ettari di campagna rimasti perlopiù inedificati e in collegamento diretto con il vasto complesso naturale della tenuta presidenziale di Castelporziano. Il reticolo idrografico che solca il sistema collinare alla periferia sud-occidentale della città, costituito dal Fosso di Malafede, dal Fosso di Trigoria e dai relativi affluenti, è all'origine della discreta presenza di zone umide naturali cui si aggiungono gli specchi d'acqua temporanei nelle ex-cave, tra cui quelle della Selcetta, dei Monti della Caccia, del Risaro e – soprattutto – della Solforata. Pascoli e spallette boscose si affiancano ai campi coltivati coi metodi dell'agricoltura biologica.
Il territorio della Riserva è noto da sempre per la grande abbondanza di fauna, minacciata negli anni passati da un'intensa attività venatoria e di bracconaggio. Con l'istituzione della Riserva, e il divieto assoluto di caccia, sono ricomparsi i meravigliosi spettacoli di un tempo: si osservano levarsi in volo immensi stormi di allodole e pavoncelle, mentre passeggiando su uno qualsiasi dei sentieri è facile essere sorpresi dal frullare di un fagiano o dalla fuga precipitosa di una lepre. In alcuni luoghi della riserva vivono branchi di cinghiali e daini tuttora in espansione. La fauna della Riserva, secondo uno studio condotto dal Wwf, è composta da 13 specie di pesci, 8 di anfibi, 13 di rettili, 21 di mammiferi, 90 specie di uccelli, di cui 69 nidificanti.
Un censimento floristico, condotto da botanici del Wwf, ha rilevato la presenza di oltre 950 specie vegetali. Fra le molte sorprese emerse da questo studio, sono state individuate 15 diverse specie di orchidee, appartenenti a quattro generi distinti: ofride, orchide, serapide, spirante. Alcune di esse compaiono nei pascoli, altre spuntano nel folto dei boschi. Tutte confermano, con la loro presenza, la buona qualità dell'ambiente della Riserva. Sulla Riserva si estendono alcuni boschi che, con le meravigliose foreste di Castel Porziano, formano un complesso di alcune migliaia di ettari, erede diretto dell'antica Selva Laurentina. Lo stato di conservazione e molto vario e alle alte e slanciate querce della splendida Macchia di Capocotta si affiancano boschi come quello di Catavanni duramente colpiti dagli incendi negli anni passati. La vegetazione forestale, oltre alle selve caducifoglie a cerro e farnetto, e composta da leccete pure o miste ad orniello, da lembi di boschi igrofili a farnia, ontano, pioppi e salici, da sugherete e da lembi di boscaglia di alloro. La Riserva ospita numerosi alberi secolari, appartenenti a diverse specie, tutti di eccezionali dimensioni: la roverella di Vallerano, i lentischi di Monte Cicoriario, le farnie della Selvotta e dei Radicelli, la sughera dei Monti della Caccia, il pioppo del Risaro e soprattutto la grande sughera di Macchiagrande di Trigoria, un albero secolare dalle dimensioni colossali, probabilmente la più grande d'Italia.
La Riserva Naturale Decima Malafede è posta tra la porzione sud-occidentale della città di Roma, il Vulcano Laziale e la costa tirrenica. Le formazioni affioranti vanno dalle più recenti di origine continentale, quali i depositi alluvionali ed eluvio-colluviali affioranti sul fondo dei fossi e delle marrane e le Sabbie rossastre di ambiente dunale, fino ai prodotti dell'attività vulcanica albana, rappresentati in prevalenza dalle diverse colate piroclastiche e lave provenienti dal Tuscolano Artemisio. Scendendo nella successione si hanno limi e/o sabbie gialle con ciottolini calcarei e silicei sparsi o concentrati in livelli di ghiaie fini evolute ai quali sono intercalate argille azzurre e grigie, di ambiente lacustre sino ad arrivare a facies prettamente fluviali, costituite da conglomerati eterometrici con ciottoli calcarei e silicei anche di 20 cm, in matrice sabbiosa avana, a luoghi cementati. La particolare posizione occupata dalla Riserva Decima Malafede la rende interessante anche dal punto di vista idrogeologico. L'area infatti si estende su un vasto settore del margine occidentale dell'Unità idrogeologica dei Colli Albani, prossimo al Tevere e al mare. Le falde hanno grande continuità e spessore e vengono ricaricate sia dalle precipitazioni che dalle linee di flusso sotterraneo provenienti dai settori interni dell'Unità idrogeologica albana. Nella zona della Solforata, sono presenti importanti manifestazioni di acque minerali e gas. Questa zona fino a pochi anni or sono fu oggetto di attività minerarie. Sempre in questo settore orientale, si registrano importanti emissioni di gas, composte da CO2, H2S e Radon.
