Loodus
Otepää kõrgustik, pindalaga 1180 km2, on moodustunud jääliustike korduva pealetungi ja sulamise käigus kuhjunud materjalist 15000-10000 aastat tagasi. Otepää looduspark asub kõrgustiku vaheldusrikkamas keskosas.
Jõed ja järved
Otepää kõrgustik on veelahkmeala ‒ jõed lähtuvad siit Võrtsjärve, Peipsi järve, Emajõkke. Looduspargi alal ning lähistelt saab alguse kaks jõge: Väike Emajõgi Pühajärvest ning Elva jõgi Valgjärvest.
Järvi on Otepää kõrgustikul 130, neist kaitsealale jääb 65. Järved on enamasti väikesed ning madalad, keskmine sügavus on 5-6 m. Mõnevõrra erandlik on vaid 22 m sügavune Peitlemäe (Kõlli) järv ‒ kollakaspruuni veega vaikne metsajärveke, kus vesi sügavneb erakordselt järsult.
Kõrgustiku suurim järv on käänulise kaldajoone ning viie metsase saarega Pühajärv (290,7 ha). Pühajärve läänekaldal jalutades võib näha vanu järveterrasse, mis ulatuvad kuni 6 m kõrguseni praegusest veetasemest. See annab märku kunagisest jääajajärgsest ulatuslikust järvest, mille pind oli praeguse Pühajärve pinnast tunduvalt kõrgemal. Järv on praegu keskmiselt 4,3 m sügav; kõige sügavam on see lääneosas Kloostrisaare ning Angunina poolsaare juures (8,3 m).
Metsad
Mets katab ligikaudu 57% looduspargi pindalast. Valdavad on salumetsad, kus alustaimestikus kasvavad sinilill, metspipar, kevadine seahernes; põõsarindes sarapuu, kuslapuu ning näsiniin; puurindes on valdav kuusk. Suhteliselt suur on laanemetsade osatähtsus, vähem on madalsoo-, kõdusoo- ning palumetsi. Enamik Otepää metsi on inimmõjuga, loodusilmelisemad on metsamassiivid Elva ja Väikese Emajõe ümbruses, mis on ühtlasi rikkama elustikuga. Seal leidub pelgupaiku ka suurematele loomadele nagu põder, karu ja ilves.
Sood
Kaitsealale on iseloomulik väikeste soode rohkus. Levinud on valdavalt madalsood (ca 85 % looduspargi soodest). Tihti võib siinkandis liikudes sattuda künka nõlval algavale allikasooribale või järve ümbritsevale õõtsik-sooribale, harvem siirdesoo- või rabalaigule. Kuigi siinsete soode taimestik on suhteliselt liigivaene, torkab siiski silma käpaliste rohkus. Sagedasemad liigid on harilik käoraamat (Gymnadenia conopsea), kahkjaspunane sõrmkäpp (Dactylorhiza incarnata), kuradi-sõrmkäpp (Dactylorhiza maculata), soo-neiuvaip (Epipactis palustris).
Niidud
Otepää piirkonna maastike kujunemisel on läbi aegade olnud suur mõju inimtegevusel. Samas on künklik pinnamood seadnud majandamisele omad piirid, mistõttu niidud ja põllulapid on killustatud ning väikesepindalalised. Niitudest katavad siin-seal küngaste nõlvu aruniidud, liigniisketes nõgudes ja jõeorgudes võib leida soostunud ja madalsooniite. Elva jõe ning Väikese Emajõe ääres on aga osaliselt säilinud perioodiliselt üleujutatavad lamminiidud.
Taimestik
Otepää looduspargis on kindlaks tehtud 635 soontaimeliiki. Kaitstavaid liike on teada 42, neist nõtke näkirohi (Najas flexilis) kuulub kõige rangemasse, I kaitsekategooriasse. II ja III kaitsekategooria liike on registreeritud vastavalt 18 ja 23. Otepää looduspargi samblafloora on väga rikkalik. Siin on registreeritud 217 sammaltaimeliiki ja 5 teisendit. Neist 54 liiki on kas haruldased või kaitsealused. Kõige olulisemad piirkonnad sammalde osas on Pühajärve saared, Tsorro vanamets, Mädajärv, samuti Elva ja Väikese Emajõe äärsed vanad metsad.
Loomastik
Otepää kõrgustiku vahelduv ning mosaiikne maastik pakub sobivaid elutingimusi paljudele loomaliikidele. Lindudest on kaitsealal registreeritud 139 pesitsevat liiki. Pooled Otepää looduspargis pesitsevatest linnuliikidest leiavad toidu ning eluaseme metsast. Kõige sagedamini võib siinsetes metsades kohata metsvinti, mets-lehelindu ning väike-lehelindu. Loodusliku ilmega vanades segametsades ja metsatukkades pesitsevad paljud röövlinnud ja rähnid nagu väike-konnakotkas, kanakull, herilaseviu, lõopistrik, kõrvukräts, händkakk, laanerähn ja valgselg-kirjurähn. Looduspargi niitudel ning soistel aladel on elupaiga leidnud nõmmelõoke, rukkirääk, põldpüü, jõgi-ritsiklind, sookurg. Imetajatest on siinne mosaiikne maastik elamiseks soodne metskitsele, rebasele ning halljänesele. Viimasel aastakümnel on täheldatud ka vanades metsades elutseva ilvese ning ojasid, järvi ning vaiksevoolulisi jõgesid asustava kopra arvukuse tõusu. Kokku on kaitsealal kohatud 54 liiki imetajaid, neist 12 on looduskaitse all.