El río Jarama, afluente del río Tajo, es un ejemplo representativo de los ríos de montaña mediterránea silícea. La reserva está formada por los cauces del río Jarama y el del arroyo del Emilio, este último vierte sus aguas al Jarama por su margen izquierda, a la altura del Sitio Natural de Interés Nacional del hayedo de Montejo. El régimen hidrológico es pluvio-nival y el de caudales, permanente.
En su cabecera el cauce es estrecho y confinado y, aunque poco caudaloso, forma una sucesión de saltos, pozas y rápidos. A medida que descendemos el valle se abre y el río se muestra más remansado con un flujo mucho más laminar y un trazado sinuoso con barras de grava de meandro sobre sustrato de cantos de cuarcita y gneis.
La continuidad longitudinal es alta y la vegetación de ribera está constituida principalmente por un abedular hercínico; algunos tramos son dominados por las especies típicas de la sauceda negra continental y en otros por temblonares (Populus tremula). El sistema fluvial representa un importante hábitat para peces autóctonos como la trucha común (Salmo trutta), la boga (Chondrostoma polylepis), el barbo común (Barbus bocagei) y mamíferos acuáticos como la nutria (Lutra lutra).