Gli ambienti più caratterizzanti sono rappresentati dal lago con il canneto che lo circonda quasi ovunque, la zona umida in corrispondenza della località Pantanacce, i prati-pascoli naturali, i seminativi, i coltivi a nocciolo e, più in alto, a castagneto da frutto; seguono il bosco ceduo e d'alto fusto con la cerreta e la faggeta nella parte più alta.
L'attività vulcanica che ha dato origine all'attuale comprensorio vicano, tipico per la conformazione a forre, altipiani e dolci colline, è iniziata circa 800.000 anni fa. Il periodo di maggiore attività si concentra tra i 400.000 e i 90.000 anni fa. Essa si è sviluppata da un vulcano centrale, il vulcano di Vico, un edificio alto in origine più di 2500 metri e impostatosi su una vasta area pianeggiante costituita da depositi argillosi. A seguito di un'impressionante serie di eruzioni avvenute tra i 200.000 e i 150.000 anni fa, la parte sommitale è in seguito collassata andando a formare una caldera di sprofondamento, in seguito occupata dal lago, dal fondo della quale successivamente si è costituita l'altura di monte Venere sulla quale sono state individuate diverse bocche eruttive. Il vulcano di Vico, a chimismo alcalino-potassico (tipico del territorio laziale), ha messo in posto ingenti quantità di materiale attraverso un'attività prevalentemente esplosiva violenta, caratterizzata dalla deposizione di spessi strati di materiali di ricaduta e di flusso (comunemente conosciuti con i nomi di tufo e pozzolana) e in parte effusiva con la deposizione di lave prevalentemente leucititiche definite così per la presenza di un minerale, la leucite.
La caratteristica più “eclatante” dell'attività vulcanica vicana è la forte esplosività. I geologi la suddividono in tre fasi principali:
Il fondo della conca craterica, oltre che dallo specchio d'acqua del lago, è occupato da coltivi che in quest'angolo di viterbese sono rappresentati tipicamente da noccioleti. Parte delle sponde presenta lembi anche estesi di canneto, come nell'area delle Pantanacce, e alberature a salici e pioppi. Quanto ai versanti acclivi della conca, sono invece ammantati da una fitta copertura forestale. Per le sue caratteristiche spicca tra i boschi della riserva la faggeta di monte Venere, l'altura sorta durante le ultime fasi eruttive del vulcano vicano. Di grande bellezza e ricca di esemplari maestosi, è classificata dai botanici come faggeta depressa perché situata a una quota insolitamente bassa per quest'albero tipico dei versanti appenninici. Tra le specie presenti nel sottobosco si segnalano l'agrifoglio, il pungitopo, la dafne laurella, le felci e ancora il narciso, la scilla silvestre, gli anemoni, i ciclamini, i gigli, numerose orchidee nonché oltre trecento specie di funghi.
Le acque del lago ospitano un'avifauna di tutto rispetto. Lo svasso maggiore è nidificante con diverse coppie, mentre per anatre e folaghe il lago è uno dei luoghi di svernamento più importanti del Lazio. Gufo di palude e pellegrino sono ospiti più discreti, ma a Vico viene talvolta osservato – anch'esso in particolare durante i mesi invernali - anche il più raro lanario, un falconiforme dall'areale italiano sempre più ridotto. Tra i mammiferi è accertata la presenza del tasso, di martore e faine, del cinghiale e di diverse altre specie tra cui molti roditori forestali quali moscardino, ghiro e quercino. Raganelle, ululoni e testuggini palustri sono tra gli anfibi e rettili censiti. Le acque del lago, infine, ospitano una discreta varietà di pesci nonostante le ripetute immissioni di specie alloctone (esotiche) a scopo di pesca sportiva. Tra gli altri, sono presenti lucci, tinche, scardole, cavedani e triotti. Nei boschi più annosi della riserva sono presenti tre specie di picchi: il picchio verde, il picchio rosso maggiore e il più localizzato rosso minore.
