La flora
Gli ambienti della Riserva del Lago di Penne sono caratterizzati da boschi caducifogli di roverella, saliceti e pioppeti. La vegetazione degli ambienti più asciutti è costituita da carpino nero, orniello e acero campestre. Tra gli arbusti prevalgono il ginepro, il prugnolo, la fusaria comune, l’agazzino e il carpino orientale.
A primavera si osservano la primula, l’erba trinità, e l’elleboro.

Non mancano specie legate alla macchia mediterranea, come la robbia, l’asparago, il pungitopo e alcune specie di clematidi.
Lungo il fiume Tavo, il torrente Gallero e sulle sponde del Lago vegetano salici ripaioli, salici rossi, salici da ceste, salici bianchi e pioppi bianchi.

A primavera inoltrata, quando il livello del lago si abbassa, sulla terra emersa la nappola e la cuscuta caratterizzano il paesaggio della Riserva. Farfaracci, equiseti, giunchi e carici sono le piante erbacee più frequenti lungo i greti del fiume Tavo mentre in alcune rive  del Lago abbondano il crescione, il sedano d’acqua, la veronica d’acqua, la tifa. Le attività umane hanno influenzato la vegetazione della zona coltivata: falasco, bromo, fiordaliso, ginestra, sulla, sono le piante più comuni, accanto a olivo, vite ed alberi da frutto.

La fauna
Nel Lago di Penne sono presenti alcune specie di ardeidi come l’airone cenerino, l’airone rosso e la nitticora, simbolo dell’oasi e nidificante dal 1983. La Riserva ha favorito lo studio sulle migrazioni degli uccelli: una nitticora inanellata a Penne nel 1992 è stata segnalata nel cuore dell’Africa  a sud del Lago del Gabon. Nel 1993 ha nidificato anche la garzetta: è la prima segnalazione per l’Abruzzo e una delle più a sud e a quote più elevate rispetto a tutte le garzaie italiane (300 metri s.l.m. rispetto ai 200 metri di media). Sono oltre 190 le specie di uccelli avvistati e rappresentati in un pannello didattico posto lungo il sentiero natura.
Tra i mammiferi  il lupo è stato segnalato più volte in località Collalto. La puzzola predilige le rive del lago e del fiume, mentre il tasso, la faina e la volpe sono più comuni nelle campagne coltivate.
È stato avviato un programma per la riqualificazione del patrimonio ittico. Un pannello didattico posto nell’area delle Cascatelle mostra i pesci più caratteristici.
Sono in corso studi e progetti per la tutela di anfibi e rettili: rana verde, raganella, tritone crestato, ramarro, biacco, natrice dal collare, colubro d’Esculapio. Numerosi i macroinvertebrati individuati lungo i corsi d’acqua: efemerotteri, tricotteri e plecotteri.