Istituita nel 1997, comprende una serie di pianure alluvionali con allevamenti estensivi e lembi di boschi e macchia mediterranea. Protagonista del paesaggio è il Marta, fiume emissario del lago di Bolsena che sfocia nel Tirreno presso Tarquinia. L'area protetta si estende su 1901 ettari lungo il suo corso, e comprende lo stesso centro storico di Tuscania oltre ad oliveti e seminativi che interessano più di metà della superficie totale. E' un territorio prevalentemente collinare, con quote che passano dai 224 m di San Savino nel settore settentrionale della riserva ai 170-190 m del centro urbano, fino ai valori minimi di 30-40 m lungo il fiume Marta e nelle zone più a sud. Campagne coltivate si alternano a forre e alla valle scavata nel tempo dal fiume e da alcuni affluenti, come il Traponzo e il Maschiolo. E sono proprio le fasce ripariali boschive lungo i corsi d'acqua ad offrire rifugio a una fauna ancora abbastanza diversificata. Nel territorio della riserva, infatti, è possibile osservare ad esempio 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.
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. 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. Va sottolineato che il territorio della riserva coincide in parte con quello di due Siti d'importanza comunitaria (Sic) che interessano il fondovalle del Marta e la sughereta di Tuscania, un'area di circa cinquanta ettari ad est della cittadina che si può osservare in parte lungo la strada provinciale per Viterbo: qui il sottobosco è caratterizzato dalla presenza di asfodeli, stracciabrache, asparagi selvatici e una buona varietà di orchidee. Inoltre, poco più a sud dell'area protetta si estende su oltre 3700 ettari l'importante Zps (zona di protezione speciale) di Monte Romano. L'ente gestore della riserva naturale di Tuscania è la Provincia di Viterbo, in collaborazione con il Comune di Tuscania.
