Posta tra i 224 metri della località San Savino e i 30-40 metri dell'alveo del fiume Marta, il territorio della Riserva ricade interamente nel territorio di Tuscania e solo nella parte sud-orientale confina col territorio del Comune di Monteromano. Comprende il centro storico della città, circondato dalle mura. I suoi paesaggi sono collinari, incisi dai solchi verdeggianti di vegetazione del Marta e dei suoi affluenti, come il Maschiolo e il Traponzo. Nel perimetro della Riserva ricadono due Sic denominati rispettivamente Alto Corso Fiume Marta e Sughereta di Tuscania.
Nel territorio della Riserva è possibile osservare specie di uccelli poco comuni o ormai decisamente rare, quali il rigogolo oppure il lodolaio. Più frequenti specie come il martin pescatore, l'usignolo di fiume, il pendolino. Maggiormente legati ad ambienti aperti sono invece la ghiandaia marina, la cappellaccia, la calandra, la quaglia, l'albanella minore, mentre tra i mammiferi sono segnalati localmente l'Istrice, il Cinghiale e – forse – il gatto selvatico. Quanto a ittiofauna, le limpide acque del Marta e dei suoi affluenti ospitano una discreta varietà di pesci, come la rovella, il vairone, la lampreda e il ghiozzo di ruscello, l'alosa, il barbo.
Nuclei di sugherete sono sparsi nell'intero territorio della Riserva, ma il più rilevante – dell'estensione di circa 40 ettari- si trova nel settore nord-orientale in parte lungo la strada Tuscania-Viterbo, compreso entro il Sic Sughereta di Tuscania.
Qui il sottobosco è caratterizzato dalla presenza di asfodeli, stracciabrache, asparagi selvatici e una buona varietà di orchidee. Anche il leccio mostra formazioni di una certa consistenza, in particolare nei settori settentrionali dell'Area Protetta, mentre a sud predominano i querceti. E' il Cerro la specie più diffusa, assieme a roverelle e agli arbusti della macchia mediterranea come erica e lentisco. Lungo il corso del Marta pioppi, ontani e salici formano fasce di vegetazione igrofila, dove crescono gruppi di sambuchi e felci come la capelvenere.
L'area della Riserva ricade nel bacino idrografico del fiume Marta (emissario del lago di Bolsena) e mostra una certa uniformità paesaggistica determinata dall'azione erosiva delle acque superficiali, insistenti su territori determinati dall'attività dei complessi vulcanici cimino, vicano e vulsino. Proiettate anche a grande distanza, le ceneri vulcaniche hanno formato una spessa coltre di tufi stratificati in seguito erosa dai corsi d'acqua, che vi hanno scavato profonde forre. L'attività degli antichi vulcani vulsino e vicano ha lasciato tracce di attività idrotermali, come alla sorgente solforosa dell'Acquaforte lungo il fosso dell'Acquarella.
Più vicino alla costa affiorano invece i terreni argillosi di origine pliocenica sottostanti ai banchi tufacei.
