La valle dell'Arcionello è segnata dalla forra del fosso Urcionio, che nasce col nome di fosso Luparo alle pendici del monte Palanzana subito a est della città. Circondata dalle pareti a picco di peperino, ospita una ricca vegetazione e una fauna interessante.
L'Urcionio – Arcionello è costituito da un'unica asta fluviale che corre parallela a quella del Fosso Riello per 5 km, fino al loro congiungimento. La disposizione delle linee tettoniche, rilevabile sia per interpretazione del reticolo idrografico sia per allineamento dei corpi litologici, determina una conformazione degli assi fluviali condizionata dagli sbloccamenti delle masse rocciose. Inoltre, vista la bassissima erodibilità del substrato litologico, soltanto un'ingente massa d'acqua ha potuto produrre una incisione valliva di così elevata imponenza.
La portata attuale dei corsi d'acqua è diminuita di molto a causa dello sviluppo urbanistico e dalla modificazione della permeabilità dei suoli. In generale, si è ridotta a monte l'alimentazione delle sorgenti per via di prelievi dei pozzi privati e pubblici dislocati lungo le pendici e nei pressi del Monte Palanzana e Cimino. Molta di quest'acqua si restituisce a valle nel Fosso Urcionio ed arriva all'impianto cittadino di depurazione.
Le numerose variazioni di portata lungo l'asta fluviale determinano una diversificata morfologia dell'alveo il quale, pur non subendo variazioni del regime idrico a causa di confluenze, assume diversi toponimi lungo il suo percorso. Il fosso modifica il suo cammino seguendo la congiunzione di discontinuità tettoniche che hanno inciso e sbloccato la piattaforma di peperino. A monte, il tratto è maggiormente incassato e di minore visibilità; lì prende il nome di Fosso Luparo. Dove il corso d'acqua si affaccia nei pressi della cinta muraria diviene Fosso Arcionello (probabilmente da arcione – sella). Il tratto urbano si chiama Fosso Urcionio e prosegue con questo nome fino ai pressi del Ponte Camillario dove si muta in Fosso Caldano, chiaramente per la miscelazione con le acque termali dell'area del Bulicame.
Un profilo longitudinale del corso d'acqua ne mostrerebbe chiaramente l'andamento e le sue variazioni altimetriche legate alle discontinuità tettoniche (faglie). Il tratto superiore dell'alveo gode di una copertura boschiva di alto fusto. Le pendenze, elevate nei pressi del monte Palanzana, si riducono notevolmente nel medio tratto dove anche l'acclività del paesaggio è minore. Ciò nonostante, le cronache del passato ci narrano di violente inondazioni e lutti che seguirono ai momenti di maggiore apporto pluviometrico. Sicuramente la conformazione incassata dell'alveo impediva uno smaltimento rapido dell'onda di piena e pertanto ne conseguiva il rapido innalzamento del livello fluviale. A ciò poteva aggiungersi l'elevato trasporto solido che dall'ampia valle dell'Arcionello arrivava al restringimento nei pressi dell'attuale Palazzo dell'Economia. Questo comportava un ostacolo al deflusso delle acque lungo la zona di Via Marconi con il conseguente rischio di inondazioni. Con lo sbarramento della "Gabbia del cricco" si dava certezza della pulizia dell'alveo fluviale. La lapide posta all'esterno delle mura ricorda questo decreto nel XVII secolo.
La sezione trasversale dell'alveo fluviale è tipica del paesaggio viterbese: aste fluviali profondamente incassate e modeste portate mediamente tutto l'anno. La profonda incisione valliva non può dipendere dall'erosione delle acque, in quanto la portata, nei tempi relativamente brevi della storia geologica locale, non ha avuto sufficiente energia per demolire le pareti rocciose. I canyon europei e americani incidono su complessi litologici molto più erodibili e con altre componenti tettoniche di più vasta estensione e profondità.
Il paesaggio che accompagna il corso del Fosso Urcionio – Arcionello presenta segni dei fenomeni sopradescritti; è un Geotopo unico e irripetibile.
Nonostante quello della Riserva sia in pratica un ambiente urbano, la presenza della forra e del corso d'acqua hanno consentito e consentono la frequentazione dell'area da parte di una piccola interessante comunità animale che vive a ridosso di strade e palazzi. Mammiferi di piccole o medio-piccole dimensioni come moscardini, toporagni e topi selvatici, Istrice, volpi, faine ma anche cinghiali si spostano nottetempo lungo la valle. Uccelli, rettili e anfibi annoverano pure interessanti presenze, ma quella di maggior rilievo è probabilmente da ascrivere alla classe dei crostacei: si tratta del gambero di fiume, vero e proprio indicatore vivente della qualità idrica, segnalato nelle acque del fosso. Tra i pesci, infine, sono segnalati trote e barbi.
Il fenomeno dell'inversione vegetazionale, tipico degli ambienti di forra, motiva la presenza delle specie più caratteristiche di climi freddi e umidi come il faggio alle quote più basse; mentre, viceversa, piante come il leccio tipiche di climi caldi e quote basse si rinvengono qui in cima alle pareti, ben esposte al sole.
Ricostruzioni paleogeografiche indicano che buona parte del territorio della provincia di Viterbo era sommersa dal mare, le cui acque, più calde ed ossigenate dell'attuale mar Tirreno, offrivano rifugio alle specie ittiche tipiche dei mari del Sud. Emergevano alcuni rilievi tra i quali il Monte Soratte, ancor oggi imponente, e Monte Razzano. Le testimonianze dell'antico mare sono offerte dai ritrovamenti fossili, molto comuni nei depositi argillosi che costituivano il fondo marino di allora, e che oggi rappresentano il substrato basale delle vulcaniti.
Il paesaggio della valle del fosso Urcionio - Arcionello insiste su un'area geografica inclusa nel distretto vulcanico dei Monti Cimini. Tale complesso non va immaginato come un edificio a forma di cono simile al Vesuvio, all'Etna e allo Stromboli. In realtà le forze endogene emettevano il magma attraverso fratture crostali di notevole lunghezza, dalle quali il fuso poteva risalire molto lentamente per la sua elevata viscosità.
Il vulcanesimo Vulsino e Vicano, scaturito da ulteriori dislocazioni tettoniche, e l'attività idrotermale hanno completato il quadro ambientale in cui si inserisce il paesaggio viterbese. La mineralizzazione delle rocce vulcaniche verso le aree poste a nord-est dall'attuale abitato della città, operata dai fluidi idrotermali, ha dato origine a depositi di metalli quali il ferro, il rame, il piombo, presenti in concentrazioni limitate ma intensamente utilizzati nei secoli passati.
In tale contesto le modificazioni strutturali della crosta terrestre più recenti (neotettonica), hanno determinato deformazioni del sottosuolo e formazione di aree poste più in alto (horst) rispetto ad altre depresse topograficamente (graben). Il successivo modellamento superficiale, operato dagli agenti esogeni quali l'erosione delle acque, seguendo linee preferenziali (faglie e diaclasi), ha creato un'alternanza di aree rilevate allungate e profonde valli fluviali a pareti subverticali.
