Le Secche di Tor Paterno sono costituite da una formazione rocciosa, vera e propria isola sul fondo del mare, in un ampio "deserto" di sabbia e fango. Nulla di questa montagna sottomarina emerge dall'acqua, né è normalmente visibile dalla superficie dato che le acque nella zona sono spesso abbastanza torbide, probabilmente a causa del fiume Tevere, che sfocia nel mare solo pochi chilometri a nord. Ma proprio i materiali trasportati qui dal fiume costituiscono un'importante base per lo sviluppo della vegetazione marina e sono anche i responsabili della alta "produttività ecologica" della zona: difatti, sulle Secche si concentra una sorprendente quantità di vita animale e vegetale.
I fondali della Riserva Marina sono ricchi di policheti che contano ben 112 specie, di molluschi (37 specie), anfipodi (18 specie), decapodi (14 specie), echinodermi (12 specie), isopodi (4 specie) e anisopodi (3 specie). Popolano le acque della riserva marina anche alcuni parenti stretti del corallo come la bellissima gorgonia rossa, il raro corallo nero e gli alcionari, difficili da trovare altrove. Tra i numerosi pesci sono presenti, tra gli altri, la murena, il gronco, le triglie, la rana pescatrice, la spigola, il cefalo, l'occhiata, il sarago, il pesce luna, l'aquila di mare e la cernia. Tra le specie di particolare interesse conservazionistico spiccano, a presenza occasionale, l'ombrina e il pesce spada. In superficie, soprattutto in alcuni periodi, non è difficile incontrare delfini tursiopi; mentre, per gli appassionati di birdwatching, è possibile avvistare sule, berte, beccapesci, gabbiani e labbi.
Le Secche di Tor Paterno sono sostituite da tre blocchi rocciosi di forma allungata, a sviluppo nordest-sudovest, denominati "Secche di Terra", "Secche di Mezzo" e "Secche di Fuori". Le Secche di Terra, costituite soprattutto da scogli bassi separati, misti ad alghe e sabbia, si estendono da 4-5 metri di profondità fino a circa 18-20 metri. Le Secche di Fuori, invece, costituite da un'ampia zona scogliosa che diventa sempre più rada all'aumentare della batimetria, sono situate più a largo a profondità che arrivano ad un centinaio di metri. Quanto alle Secche di Mezzo, infine, presentano una profondità compresa tra i 20 e i 50-60 metri e raggiungono un'altezza di 20 metri. Complessivamente, la secca ha una lunghezza di circa 2 chilometri e una larghezza di poco più di 500 metri. L'altezza massima rispetto ai fondali circostanti è di circa 20 metri, mentre la massima profondità raggiunta è di 100-120 metri.
