La riserva si sviluppa per circa 850 ettari in un ambiente collinare con quote di poco superiori ai 200 metri ed è formata dalle zone verdi di Macchia Trentani, Valle Cavallara, Macchia Mancini, dall'area archeologica di Monte d'Oro, da una parte di Casali di Mentana e del centro storico di Mentana e dall'area agricola di Monte Pizzuto. Racchiude aree destinate a diversi usi: frammenti di bosco a latifoglie decidue - come Macchia Mancini, Valle Cavallara, Parco Trentani - si alternano a oliveti, seminativi, colture e zone urbane. L'area si trova in una fascia di passaggio tra l'antico paesaggio fluviale della Valle del Tevere e il limite occidentale dell'area dei Monti Cornicolani, caratterizzata da una stretta connessione tra i valori naturalistici e quelli archeologici, in un contesto territoriale fortemente degradato. L'elemento naturalistico prioritario da proteggere nella riserva è l'insieme delle comunità vegetali forestali ed erbacee legate al reticolo idrografico e al substrato alluvionale, riconducibile agli ambienti naturali che si sono evoluti lungo il corso del fiume Tevere, dei suoi meandri e dei suoi affluenti. Le pratiche agricole e la regimazione delle acque hanno, in generale, ridotto notevolmente in tutta Italia la vegetazione legata ai sedimenti depositati dai corsi d'acqua e ad alta disponibilità idrica; pertanto le testimonianze di un'antica e più estesa vegetazione igrofila sono oggetto di interesse dal punto di vista della tutela, ovunque si rinvengano. Caratteristica importante dell'area è quella di rappresentare una zona di transizione bioclimatica, geomorfologica e ambientale tra l'ultimo lembo appenninico e il fronte più esterno dell'agro romano, limite tra i due differenti ambienti della regione mediterranea e di quella temperata, con variazioni anche consistenti del quadro complessivo: vi si ritrova, pertanto, un sistema ecologico di grande valore con differenti specie faunistiche e floristiche e un variegato sistema fitoclimatico.
Tra i mammiferi sono presenti il riccio, l'istrice, la volpe. Numerosi i mustelidi quali la faina, la donnola, il tasso. Lungo i corsi d'acqua è stata rinvenuta la rara salamandrina dagli occhiali. Non mancano altri anfibi più comuni quali il rospo comune, il rospo smeraldino, la rana verde. L'avifauna conta numerose specie: piciformi, passeriformi, l'upupa, il cuculo. Tra i rapaci nidificano nell'area la civetta, l'allocco, l'assiolo e, tra idiurni, gheppio e poiana. Il territorio della riserva racchiude aree destinate a diversi usi: frammenti di bosco a latifoglie decidue si alternano a oliveti, seminativi, colture e aree urbane.
Il territorio della riserva racchiude aree destinate a diversi usi: frammenti di bosco a latifoglie decidue si alternano a oliveti, seminativi, colture e aree urbane. I boschi, sottoposti a intenso pascolamento, variano dalla cerreta (bosco a Quercus cerris) d'alto fusto di Parco Trentani alla boscaglia più aperta con sottobosco in evoluzione: in quest'ultima l'albero dominante è il cerro, accompagnato da farnetto, roverella, orniello, carpino orientale, acero oppio, corniolo, evonimo, e, fra le erbacee, l'euforbia delle faggete. Vistose nel sottobosco le fioriture primaverili, dominate dall'anemone dell'Appennino e del ciclamino primaverile, mentre in autunno fiorisce il ciclamino napoletano.
Il territorio presenta una morfologia di tipo collinoso con basse quote, comprese tra 60 e 200 m d'altitudine. Nella zona affiorano prevalentemente terreni sedimentari del ciclo marino plio-pleistocenico, il cui litotipo principale è rappresentato da sabbie e argille, sovrastanti la formazione pliocenica delle argille azzurre, localizzate esclusivamente nella parte meridionale dell'area protetta.
Sono, inoltre, presenti limitati affioramenti residuali di natura vulcanica, costituiti da tufi stratificati varicolori de La Storta e del Vulcano Laziale. All'interno delle valli dei fossi Trentani, Ormetta e Mancini, sono presenti sedimenti alluvionali a carattere limo-argilloso.
