Les 6 sites protégés par la Réserve sont les témoins de la dernière et plus vaste transgression marine dans le Bassin parisien entre -33,7 et - 28 millions d'années. Tous les sites appartiennent au cycle sédimentaire du Stampien, premier des deux étages de l'Oligocène (ère Tertiaire).
Dans le Bassin de Paris, aucune coupe affleurant complètement ne permet d'observer la totalité des dépôts stampiens. De site en site, la succession des gisements permet cependant de suivre la chronologie, l'évolution du milieu et d'interpréter les phénomènes paléobiologiques, sédimentaires et tectoniques qui ont laissé leurs traces dans les dépôts.
La Réserve a été créée, avant tout, pour protéger des pillages, de l'urbanisation, d'un remblaiement ou de l'enfousissement sous une décharge, des sites fossilifères qui risquaient de disparaître : certains affleurements qui ont servi de référence pour la définition du Stampien n'existent plus aujourd'hui ou sont inaccessibles. D'autres affleurements qui constituent également le stratotype du Stampien ne sont toujours pas protégés.

Ces sites sont également remarquables par leurs actuelles pelouses calcicoles, ultimes refuges d'espèces d'affinité méditerranéenne au nord de leur aire de répartition géographique : Cardoncelle Molle, Hélianthème des Apennins, Laîche de  Haller.

La faune (vivante) de la Réserve est moins bien connue. C'est pourquoi un inventaire entomologique partiel a été réalisé en 1999-2000.