La naturale predisposizione della Campagna Romana allo sviluppo della biodiversità trova nel territorio della Riserva le più ampie possibilità di realizzazione. Qui è stata infatti riscontrata la più alta densità di specie vegetali di Roma e una delle maggiori di specie di uccelli; complessivamente sono state censite oltre 630 piante, più della metà di quelle note in tutto il territorio urbano. Al mutare dell'esposizione si possono osservare notevoli estensioni di sughereta, lembi di cerreta e zone a macchia mediterranea. Le aree di fondovalle sono ricche di vegetazione palustre, mentre lungo i fossi è sviluppata la vegetazione ripariale. E' da sottolineare la presenza dell'istrice, del pendolino, dell'allocco, del granchio di fiume, del picchio rosso maggiore, di colonie di gruccioni e della rara salamandrina dagli occhiali.
Una fauna sorprendente annovera specie insolite come il tasso, il granchio di fiume, l'istrice, la rana italica e addirittura la localizzata salamandrina dagli occhiali. Unica dentro Roma, a una quota ben più bassa - siamo a circa ottanta metri sul livello del mare - di quella tipica della specie che è a distribuzione essenzialmente appenninica, la popolazione di questo piccolo anfibio è certamente la peculiarità principale della Riserva. Piuttosto ricco è anche il popolamento a rettili, con almeno dieci specie tra cui la testuggine comune e una recente segnalazione di cervone, entrambe specie di interesse comunitario. Ben presenti i rapaci notturni con l'assiolo, il barbagianni, il gufo comune, la civetta. Nelle aree aperte è possibile osservare ad esempio il martin pescatore e l'averla capirossa, l'upupa, il rigogolo e l'averla piccola.
La sughereta rappresenta forse la vegetazione boschiva più riconoscibile della Riserva: non a caso prende il nome da questa essenza. Occupa i versanti più assolati, dove alla quercia da sughero si associano cisto villoso, cisto femmina ed erica; allo strato arboreo partecipano anche roverella e orniello. Compongono l'intricato sottobosco anche vari elementi della macchia mediterranea, la vegetazione che, in presenza di fattori di disturbo, subentra alla sughereta con tutti i suoi elementi più tipici: la fillirea, il lentisco, il corbezzolo, lo stracciabraghe e l'alaterno. I versanti più riparati sono ricoperti da boschi caducifogli di grande bellezza che rappresentano il tipo di vegetazione più diffuso della Riserva: uno strato superiore di oltre 20 metri di altezza, costituito da farnia e, in minor misura, castagneto, e uno strato inferiore formato da carpino bianco, orniello e agrifoglio. E' molto comune anche il nocciolo, mentre il sottobosco è coperto da un ininterrotto manto di pungitopo. All'inizio della primavera questi boschi si colorano di splendide ed abbondanti fioriture, immagine della ricchezza naturalistica del territorio.
All'interno della Riserva sono rappresentati gli elementi caratteristici del paesaggio collinare: dai pianori sulla sommità dei poggi agli allungati fondovalle, a volte marcatamente incisi. I versanti delle colline, elementi di collegamento tra i pianori ed i fondovalle, sono piuttosto ripidi e si presentano terrazzati soprattutto lungo la valle dell'Acquatraversa.
