Mustamäe nõlv ja Nõmme liivikud

Mustamäe nõlv tekkis mandrijää viimasel pealetungil ja tähistab mandrijää serva asendit. Laialdasel liustikujõe deltaalal kujunesid Nõmme liivikud, kui liustikult lähtunud sulaveed kandsid kaasa purdmaterjali, mille settimisel kujunes ulatuslik liiva- ja kruusakuhjatis. Liivik asub kaitseala idaosas Mustamäe nõlva jalamil. Pärast liustiku taandumist on Mustamäe nõlva ja Nõmme liivikute arengut mõjutanud algul Balti jääpaisjärv, hiljem Antsülusjärv (9300–7600 aastat tagasi) ja Litoriinameri (7600–4200 aastat tagasi). 
 

Allikad

Mustamäe kõrge ja järsu nõlva jalamil avaneb kevaditi ohtrasti allikaid. Suurimal, Glehni pargi allikaalal avaneb umbes kilomeetrisel lõigul kuni 24 allikat, millest suvel tegutseb 10‒12. Veerohkeim on Rõõmuallikas, mille vooluhulk võib olla kuni 10 l/s. Allikate vesi pärineb Nõmme liivikutest. Teadaolevalt kasutati allikate vett joogiks veel 1994. aastal. 
 

Metsad

Metsad on mitmekesised, erinevast niikusrežiimist tulenevalt ka erineva liigilise koosseisuga. Kaitseala metsade hulka kuuluvad Sütiste mets, Rahumäe mets, Hüppetornimets, Rõõmuallika mets, Kivinuka mets, Kuusiku mets ja Glehni parkmets. 
Kaitseala õhukese pinnakattega alasid katavad enamasti kuivad nõmme- ja palumännikud. Tähelepanuväärsemad linnaoludes on lodumetsad, mida esineb Mustamäe nõlva all allikate alal, kus kasvavad sanglepad, kased, haavad, tammed, samuti üksikud kuused ja männid. Metsadest on üks esinduslikum Kuusiku mets, kus vanimad kuused on u 150-aastased. Metsade kõrval esineb ka avamaastiku kooslusi: looalasid ja aruniite.

Elustik

Vahelduval maastikul on kujunenud liigirikka elustikuga kooslused. Kaitsealuseid taimeliike on leitud kümme, neist olulisemad on liivikutel kasvavad nõmmnelk ja aas-karukell. Käpalistest kasvavad tumepunane neiuvaip, vööthuul-sõrmkäpp, suur käopõll jt. Samblaid on leitud 59 ja samblikke 98 liiki. 
Linde on registreeritud üle 120 liigi. Tähelepanuväärne on kanakulli pesitsemine kaitsealal juba üle kümne aasta. Röövlindudest pesitsevad kaitsealal veel lõopistrik, hiireviu ja raudkull. Õõnsustega puud pakuvad elupaiku rähnidele (musträhn, väike- ja suur-kirjurähn), rasva- ja sinitihastele, must-käbsenäpile. Põõsastikes ja tiheda alustaimestikuga paikades elavad  punarind, ööbik, mustpea- ja pruunselg-põõsalind jt. Nõmme- ja palumetsades on arvukad metsvint, salu-lehelind, musträstas jt. 
Õõnsustega puud on varjepaigaks nahkhiirtele. Kahepaiksetest elavad kaitsealal rohu- ja rabakonn ning harilik kärnkonn. Imetajatest kohtab halljänest, rebast, metskitse.