A Duna-delta az európai kontinens legkiterjedtebb védett természeti területe, emellett Európa egyik legjobb állapotban megőrződött vizes élőhelye, amely a világ egyetlen, teljes egészében bioszféra rezervátummá nyilvánított deltavidéke is egyben. Az, hogy a terület 1990-ben bioszféra rezervátum lehetett, annak köszönhető, hogy mind a helyi közösségekre és az általuk folytatott – a terület erőforrásaira alapuló – hagyományos életmódra, mind pedig a különböző etnikumok kulturális örökségére egyenlő figyelmet fordítottak.

A természeti tájat, amelyet az eredetiség, sokféleség és csaknem teljes romlatlanság jellemez, folyóágak, csatornák, tavak, különböző méretű és jellegű tavak, nádasok, homokdűnék, mediterrán növényzetű tölgyesek és partszakaszok változatos elegye alkotja. Ezek az elemek adják a Duna-delta fő idegenforgalmi vonzerejét.

A delta ökoszisztéma biológiai sokfélesége – Az itt kialakult csodálatos természetes élőhelyek itt a legváltozatosabbak egész Romániában: igen nagyszámú, mintegy 7400 faj számára biztosítanak megfelelő életkörülményeket, melyből 2383 növény, 4029 pedig állat. A Duna-deltában 340-féle madarat figyeltek meg, ami a Romániában feljegyzett madárfajok 85, az európai fajok mintegy 40%-át jelenti. A Berni Egyezmény értelmében 320 madárfaj áll védelem alatt (229 faj szerepel a II. Függelékben mint védett, 91 pedig a III. Függelékben mint fokozottan védett állatfaj), a román jogrendszer szerint pedig 12 veszélyeztetett faj áll védelem alatt „természeti emlékké” nyilvánítva. A terület világszerte elismert költőhelye számos madárfaj populációjának (több mint 170 fajról van szó), köztük a rózsás gödénynek, a borzas gödénynek, a kis kormoránnak, stb.

A Duna-delta Bioszféra Rezervátum határain belül 30-féle ökológiai rendszerrel találkozunk, amelyek közül 23 természetes, 7-et pedig az ember alakított ki. Ezek közül a fontosabbak az alábbiak. Az áramló vízi (reofil) ökorendszerbe tartoznak a Duna mellékágak és egy sor jelentősebb vízfolyás illetve csatorna, amelyekben számos egyéb állatfaj mellett sokféle féreg és puhatestű találja meg a számára kedvező életfeltételeket, a halfaunát pedig olyan fajok alkotják, mint a ponty (Cyprinus carpio), a csuka (Lucioperca lucioperca), a leső harcsa (Silurus glanis), stb, s ezek mellett kecsege (Acipenser ruthenus) valamint vándorló fajok is mint a dunai hering (Alosa pontica) vagy a viza (Huso huso). Az állóvízi rendszereket főként tavak alkotják, amelyekben nagy mennyiségben fordul elő víz alatt fejlődő és felszínen úszó növényzet, mint például a sulyom (Trapa natans) vagy a nyílfű (Sagittaria sagittifolia), stb. Vannak ezen kívül mocsaras és öntésterületek (nádassal és úszó nádszigetekkel), amelyeket elsősorban nád (Phragmites communis) alkot. Az ökoszisztéma egyedülálló eleme a nádsziget, amit a nád gyöktörzse, gyepalkotó fajok, szervestörmelék és talajmaradék alkot,és rendszerint a vízen szabadon úszik.

Igen fontos a Duna-delta szempontjából, hogy a területet az európai Natura 2000 ökológiai hálózat részeként közösségi jelentőségű területnek nyilvánították, amelyben a sztyep biorégió 29-féle, és a pontuszi biorégió 4-féle élőhelye fordul elő.