Il territorio è pianeggiante e tale caratteristica ha favorito l'instaurarsi di querceti (farnie, cerro, roverella e farnetto) ma la presenza del fiume ha aggiunto l'olmo, il salice bianco, il frassino. Da un punto di vista faunistico è importante ricordare la presenza del gambero e del granchio di fiume che, abitatori di acque pulite, costituiscono due indicatori ecologici molto validi, nonché di alcune colonie di pipistrelli. All'interno della riserva si segnala per la particolare rilevanza naturalistica il Pratone delle Valli e il comprensorio della Cervelletta.
Visti gli ambienti della riserva, è naturale che gli animali più interessanti che la frequentano siano legati all'acqua. Così, nelle aree golenali più pulite e nel reticolo dei canali collegati all'Aniene vive la rovella. Tra la vegetazione ripariale è possibile vedere il colorato martin pescatore mentre scruta lo specchio d'acqua, pronto a tuffarsi per catturare un pesce. Entrambe sono specie protette da una direttiva comunitaria che tutela gli habitat naturali e seminaturali, la flora e la fauna selvatica. Il granchio d'acqua dolce è un crostaceo facilmente osservabile nei canali della riserva. Vive sul fondo dei fossati dove si alimenta di particelle organiche presenti nel substrato, e anch'esso indica la presenza di acque pulite. Stessi ambienti frequentano altre specie come il pendolino, che costruisce il suo nido a forma di fiasco sulle sponde dei corsi d'acqua, e tra i rettili la sempre più localizzata tartaruga palustre. Tra i mammiferi sono presenti tra gli altri l'istrice, la nutria, la talpa romana, il moscardino, la volpe. Riguardo alla ricchezza in artropodi, basterà come l'area umida della Cervelletta sia considerata tra le aree maggiormente significative dal punto di vista entomologico a Roma. Proprio qui, a seguito di ricerche specifiche sui ditteri, è stata segnalata la presenza dello straziomide, genere e specie segnalati per la prima volta in Italia (nel 2002).
Una variegata vegetazione costituisce un lembo residuo delle vaste boscaglie ripariali che anticamente abbellivano le sponde del fiume Aniene. Pioppi e salici rappresentano la componente arborea principale. Nelle aree allungate sono invece abbondanti la cannuccia di palude, graminacea dalla tipica infiorescenza a pennacchio, e la tifa, facile da riconoscere per il suo fusto nudo, l'infiorescenza a forma di spiga compatta di color ruggine e le lunghe foglie a nervatura parallela che venivano usate per impagliare i fiaschi e per ricavare le stuoie. La cannuccia di palude e la piccola lenticchia d'acqua, filtrano e depurano le acque. In primavera fiorisce il giaggiolo acquatico.
Il territorio della riserva è costituito da un terreno in maggior parte ricoperto dai prodotti piroclastici del vulcanismo laziale, costituiti per lo più da tufi e pozzolane. Questi prodotti sono stati utilizzati fin dall'antichità come materiale da costruzione. Le antiche cave di tufo, attive dal II secolo a. C. fino alla prima età imperiale, e il cui sfruttamento era legato alla possibilità di usare il fiume come via di trasporto, hanno a lungo connotato il paesaggio del basso corso dell'Aniene, tra Pietralata e Salone. Malgrado lo sfruttamento moderno e il successivo reinterro, rimangono ancora numerosi ambienti con pilastri e profonde pareti dove sono ben visibili i segni della lavorazione. Le cave di Tor Cervara erano particolarmente famose poiché alla fine del secolo XIX vi si svolgeva la "festa degli artisti" di benvenuto alla primavera.
