Por tratarse de marismas de estuario con distintos estadíos evolutivos, incluyen ecosistemas litorales en proceso de formación, marismas mareales características, marismas continentalizadas y ecosistemas de arenales costeros. Esto unido a unas características especiales del medio físico (mareas, salinidad, microtopografía, etc.) confieren al Paraje una enorme riqueza y variedad de hábitats y paisajes.

La redistribución de sedimentos y nutrientes por las mareas determina, por un lado, el crecimiento de la marisma (único ecosistema en expansión) y, por el otro, una gran potencialidad biológica que se manifiesta en la existencia de una vegetación productiva y de gran biomasa, en la que destacan especies muy adaptadas, como Spartina densiflora, que forma grandes extensiones en el Paraje asociada a un intrincado sistema de drenaje.

Las aves, por su posibilidad de desplazamiento, es el grupo animal más sobresaliente en estas áreas que ofrecen unas cadenas tróficas muy ricas para su explotación (peces, moluscos, crustáceos, etc. El Odiel destaca en los pasos migratorios y en la invernada, sirviendo como punto de acogida de multitud de especies e individuos fundamentalmente limícolos, gaviotas, charranes, zancudas y anátidas, resaltando su importante papel biogeográfico en las rutas de migración de estas especies, estando íntimamente relacionado con el Parque Nacional de Doñana.

Asimismo, sirve como zona de cría a nutridas colonias de Garzas Reales (Ardea cinerea), Garcetas (Egretta garzetta) y Espátulas (Platalea leucorodia) que junto con la presencia de determinadas especies en vías de extinción, ha sido quizás lo que conferido una mayor proyección internacional al área.