Por el impresionante paisaje con los volcanes dormidos y ríos de lava negra y roja de El Pinacate en la parte oriental, así como las dunas de arena cambiantes del desierto Gran Altar en el oeste. Diez cráteres enormes, profundos y casi perfectamente circulares también contribuyen a la belleza de este lugar cuya excepcional combinación lo convierte en especialmente interesante para la ciencia. En términos fisiográficos y geomorfológicos, la reserva se extiende hasta el extremo noroeste de la llanura costera del Golfo de California, en la gran provincia fisiográfica del desierto de Sonora se encuentra en América del Norte. A lo largo de la zona, la elevación del terreno es de 200 a 1200 M.

La variedad de formaciones geológicas son de naturaleza diferente, se pueden observar cráteres volcánicos, conos de ceniza y flujos de lava, dunas consolidadas y cauces de arena móviles y una amplia gama de pendientes de aluvión y vastas playas y montañas de basalto y granito. Todo esto permite una gran variedad de hábitats y de riqueza biológica y paisajística. Esta región se caracteriza por la escasez de precipitaciones pluviales, temperaturas altas en verano, radiación solar intensa, humedad relativamente baja y una alta evaporación. El clima es desértico extremo o muy árido, con lluvias en invierno. Las temperaturas que se registran en esta región son las más altas del hemisferio norte, con un máximo de 56.7 grados Celsius.

En términos hidrológicos, la reserva es parte de la cuenca baja del río Sonoyta con muchas camas de río efímero, sus tanques de agua de semejan una piscina natural por la forma de tallado en las rocas, representa la única fuente de agua permanente en la zona. La presencia de más de 560 especies de plantas es uno de los principales valores biológicos de la reserva es posible gracias a las condiciones físicas y climáticas de la región, se vuelve aún más importante teniendo en cuenta el alto grado endemismo, especialmente en el área de las dunas. A pesar de las condiciones inhóspitas de la región, están representados todos los grupos de vertebrados superiores. Se registraron 41 especies de mamíferos, 237 especies de aves, 42 de reptiles, y cuatro especies de anfibios de peces de agua dulce.

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