El Alto Duero es un ejemplo representativo de los ríos de alta montaña. La reserva está integrada por los cauces del río Duero y del río Triguera, que confluyen aguas abajo de Duruelo de la Sierra.
El régimen hidrológico es pluvio-nival de carácter temporal y conserva inalteradas sus características naturales.
El río discurre, con un trazado sinuoso, por el fondo de un valle estrecho y confinado modelado sobre areniscas y conglomerados. El alto potencial de transporte de sedimentos hace que el lecho rocoso aparezca salpicado de grandes bloques y cantos que favorecen la formación de rápidos y remansos. En las zonas donde abundan las gravas, la estructura longitudinal del cauce es la de un rápido continuo.
La formación vegetal principal es la sauceda negra continental oligótrofa; en los tramos bajos, cerca de la población, se ha favorecido el desarrollo de fresnedas. No se han detectado especies invasoras.