Un peu de géologie
Les sables de fontainebleau représentent le dépôt visible le plus important, atteignant parfois plus de 70 mètres d’épaisseur. Ils reposent sur des couches imperméables. Sur le sommet de ce dépôt, des bancs de grès se sont formés. 
La région a donc connu plusieurs périodes d’immersion qui ont conduit à ces différents dépôts. Les dépôts calcaires de la fin du tertiaire (dernier recul de la mer) et les dépôts argileux ont donné une formation très caractéristique au dessus des bancs de grès, les argiles à meulière et les meulières.
Au quaternaire, ce plat relief se verra entaillé par d’importants phénomènes d’érosion pour ressembler au relief actuel : une succession de plateaux profondément entaillé par des vallées étroites.
Les versant nord sont plus abruptes car ils sont exposés plein sud, et donc, beaucoup plus soumis aux gels et dégel que les versant sud qui restent plus longtemps à l’ombre. Les bancs de grés ainsi dégagés par l’érosion se sont éboulés en véritables chaos.
La végétation s’est donc développée sur ces formations selon ses préférences écologiques (lumière, température, sol, humidité, etc.), mais aussi… sous l’influence de l’homme !

Eau et vallées
Avec 160 hectares d'eaux closes (étangs et mares) et environ 90 kilomètres de rivières, l'eau est omniprésente sur le territoire. Mérantaise, Rhodon, Yvette,  ru des Vaux, Rémarde, Gloriette, Rabette, serpentent à travers la campagne. Ravins abrupts, fonds de vallées aux boisements linéaires, prairies humides, mares, friches herbues et roselières peuplées d'oiseaux forment autant d’écosystèmes, si précieux en Île-de-France. 

Forêts
Les espaces boisés représentent 40% du territoire du Parc. Près des deux tiers appartiennent à la forêt privée, constituée principalement de grandes propriétés de production mais également de chasse. Les forêts de plateau sont exploitées, tandis que les forêts de versant et de ravin sont des habitats naturels au paysage plus sauvages.

Plateaux agricoles
Les plateaux agricoles, reposant sur une couche de sable recouverte de limon, créent de larges horizons animés par les silhouettes bâties. Les plateaux, jamais très étendus, pénètrent le territoire du Parc de tous les côtés. Espace agricole qui couvre environ 40 % du territoire du Parc


115 sites d'intérêt écologique ont été repérés en fonction de la diversité et la rareté des espèces végétales et animales qu'ils abritent. Au total on a recensé plus de 950 espèces végétales supérieures

Les habitats naturels
La géologie, l’hydrologie et le relief ont engendré les habitats naturels les plus remarquables. Aujourd’hui, on considère en effet que les zones humides et aquatiques, et les espaces ouverts des prairies non surexploitées hébergent la grande majorité des espèces animales et végétales patrimoniales du territoire. L’Homme, par ses gestes et ses usages éco citoyens est le garant de ce patrimoine.  

Les espèces
Le Parc a réalisé en 1995 un inventaire des milieux naturels de son territoire qui s'est traduit par une carte des unités écologiques. Celle-ci fait apparaître une grande diversité de milieux aussi bien ouverts que forestiers. En l'état actuel des connaissances, le Parc recèle entre autres :

Plus de 950 espèces végétales supérieures 
•    111 espèces d'oiseaux nicheurs sur les 273 que compte la France 
•    21 espèces de batraciens sur les 28 présentes en Ile-de-France 
•    44 espèces de libellules 
•    46 espèces de mammifères 
•    21 espèces de reptiles 
•    plus de 700 espèces de coléoptères 

115 sites d'intérêt écologique ont été délimités en fonction de la diversité et la rareté des espèces végétales et animales qu'ils abritent. Ainsi, pour ce qui est de la végétation,
•    200 espèces végétales de valeur patrimoniale :
•    45 espèces protégées (10 au niveau national et 35 au niveau régional) 
•    20 espèces très rares en Ile-de-France 
•    57 espèces rares en Ile-de-France 
•    98 espèces assez rares en Ile-de-France 

Ce patrimoine naturel considérable situe le territoire du Parc parmi les premiers sites d'intérêt écologique d'Ile-de-France, avec la forêt de Fontainebleau, les boucles de la Seine, vers Moisson, et la Vallée de la Bassée.