Maastikukaitseala võib tinglikult jagada kaheks osaks: Kassari saareks ja Käina laheks.
Kassari saar
Kassari saare üheks suureks väärtuseks on maastikud, mis on otseselt seotud inimtegevusega. Inimese ja looduse koostöö tulemusena on kujunenud väärtuslikud poollooduslikud kooslused: aruniidud, puisniidud ja rannaniidud.
Rannaniidud on tasased ja madalad rannalõigud, mida reeglina kas karjatatakse või niidetakse. Suur osa rannaniidust ujutatakse regulaarselt üle mereveega. Rannaniitudel on paiguti ka soolakulaike, kus leiavad kasvukoha soolalembesed taimed, näiteks harilik soolarohi (Salicornia europaea). Siinsetel rannaniitudel tunneb end hästi ka hall soolmalts (Halimione pedunculata). Rannaniidud on oluliseks kohaks kaitsealal pesitsevatele ja läbirändavatele lindudele.
Puisniidule on omane maastikuline mosaiiksus, kus väikesed heinamaatükid vahelduvad metsatukkadega. Erinevate valgus- ja niiskustingimuste tõttu leiab puisniidult nii niidu- kui metsaelustikku. Puisniidu taimekooslused on maailma kõrgeima liigirikkusega.
Loopealsed ehk alvarid on kujunenud väga õhukese mullaga paealadel. Siinsetel rohumaadel kasvavad lubjalembesed ja äärmuslikke niiskustingimusi taluvad taimed. Kohati võib taimkate puududa või esineda ainult samblaid ja samblikke. Aga loopealsetel leidub ka liigirikkamaid alasid ning need on heaks kasvukohaks looduskaitse all olevatele orhideedele. Karjatamiseta loopealsed võsastuvad ja liigid kaovad. Projekti “Elu alvaritele” raames taastati Sääre tirbi loopealseid.
Lisaks poollooduslikele kooslustele on Kassari saarele iseloomulikud ka kadastikud ja roostikud. Mõlemad pakuvad pesitsemis- ja varjepaiku lindudele. Paljud kalaliigid käivad roostikus kudemas või toitumas.
Kokkuvõtvalt on kaitseala taimkate lubjarohkete muldade ja pehme merelise kliima tõttu väga liigirikas. Taimedest on üheks olulisemaks väärtuseks Eesti ainus säilinud peene jäneskõrva (Bupleurum tenuissimum) populatsioon. Huvitavamatest liikidest kasvavad kaitsealal veel koldjas selaginell (Selaginella selaginoides), madal kadakkaer (Cerastium pumilum) ja loopealsetel üsna haruldaseks jäänud tui-tähtpea (Scabiosa columbaria). Muidugi leidub poollooduslikel aladel käpalisi ehk orhideesid, näiteks harilik muguljuur (Herminium monorchis), täpiline sõrmkäpp (Dactylorhiza cruenta), kärbesõis (Ophrys insectifera), hall käpp (Orchis militaris) ja teised.
Käina laht
Käina lahe pindala on üle 800 ha, moodustades 1/5 kaitsealast. Käina lahes on sõltuvalt veetasemest umbes 15 väikesaart. Käina lahe keskmine sügavus on vaid 0,5 meetrit. Seega on tegemist pigem rannikujärve kui merelahega. Keskmine soolsus jääb vahemikku 6–7%.
Käina lahel ja selle ümbruses on registreeritud ligemale 200 erinevat linnuliiki. See on Hiiumaa tähtsaim veelindude pesitsus- ja rändepeatuspaik. Kaitseala on arvatud rahvusvahelise tähtsusega linnualade hulka. Kevadel ja sügisel peatub alal puhkamiseks ja toitumiseks suurel hulgal vee- ja rannikulinde. Kevadel peatub Käina lahel korraga 1000-5000 lindu, sügisel võib see hulk olla üle nelja korra suurem.
Käina laht on ka Hiiumaa kõige olulisemaks sookure (Grus grus) ja hallhane (Anser anser) sügiseseks koondumispaigaks.
Põnevaimad pesitsejad ja läbirändajad on merikotkas (Haliaeetus albicilla), tutkas (Philomachus pugnax), niidurüdi (Calidris alpina schinzii), väike-laukhani (Anser erythropus). Siin võib kuulda hüüpi (Botaurus stellaris), aga kohata ka naaskelnokka (Recurvirostra avosetta), mustsaba-viglet (Limosa limosa) ja kivirullijat (Arenaria interpres).
Käina ja Vaemla laht on olulised kalade kudealad. Kaitsealal on kokku registreeritud 12 liiki kalu. Peamisteks kalaliikideks on kiisk, ahven ja säinas.
Ravimuda, mida leidub nii Käina kui ka Vaemla lahes, on ladestunud viimase 2000 aasta jooksul. Ravimuda kasutatakse meditsiinis ja kosmeetikatoodete valmistamisel.