突出科学价值的地质地貌特征。构成石英砂岩峰林地貌的地层主要由远古生界中、上泥盆统云台观组和黄家磴组组成，地层显示滨海相碎屑岩类特点。岩石质纯、层厚，底状平缓，垂直节理发育，岩石出露于向斜轮廓，反映出砂岩峰林地貌景观形成的特殊地质构造环境和基本条件。外力地质活动作用的流水侵蚀、重力崩塌及其生物的生化作用和物理风化作用，是塑造武陵源地貌景观的外部条件。其形成是在特定的地质环境中内外地质重力长期相互作用的结果。

奇特多姿的地貌景观。

完整的生态系统。武陵源位于西部高原亚区与东部丘陵平原亚区的交界边缘，武陵山脉中部。东北与湖北省西部崇山峻岭相邻，西南与贵州东部梵净山相衔联。各地动物相互渗透，物种丰富。尤其是这里地形复杂，坡陡谷深，又因气候温和，雨量丰沛，森林茂盛，给动物生存和繁衍创造了良好的环境。同样，也为众多物种的生存、发育提供了条件。加之地处偏僻，人口稀少，人为干扰破坏少，保存着较为丰富的动物资源，成为我国众多古老孑遗植物和珍稀动物的重要集中分布地区。据考证，近一千多年来，境内没有发生较大的气候异常，水土流失，岩体崩塌，森林病虫害和动物集体死亡等现象。

武陵源植物区系属中国日本区的华中植物区，是华中植物区的核心地带，与鄂西、川东、黔东北共同构成华中植物区的典型位置。由于地质的原因，此地又系第四纪冰川期的避难所，古老残遗植物保存较多，尤其富有中国特有植物，是中国植物区系中最有代表性的自然遗存地之一。根据调查，境内高等植物有3000余种，首批列入《 中国珍稀濒危保护植物名录》的重点保护种子植物有35种。木本植物有94科、252属、600余种，以壳斗科、山茶科、木兰科、卫矛科、忍冬科、蔷薇科、樟科等种属为多。仅索溪峪自然保护区内植物中，热带亚热带属117个，占总属数的47.2%；温带属118个，占总属数的47.6%；其中东亚特有属43个，占总属数的17.3%；中国特有属12个，占总属数的4.8%；东亚北美属的28个，占总属数的11.1%。武陵源系东亚（中国）特有植物荟萃地之一。产有中国的特有科：银杏科、杜仲科、伯乐树科、珙桐科，以及东亚特有科：大血藤科、旌节花科、鞘柄木科、南天竹科等。

据考察，武陵源凭标本鉴别的物种有1300余种。在丰富的植物资源中，有许多物种具有极其重要的保护价值和经济意义。属国家一级保护的树种有珙桐，二级保护的有钟萼木、白豆杉、巨紫荆、香果树、篦子三尖杉、金钱槭、杜仲、鹅掌楸等11种，三级保护的有黄杉、檫木、白辛树、紫荆、侦楠、领春木、青檀、花榈木、银鹊树、猫儿屎等16种。经济用材有楠木、香樟、猴樟、檫木、马尾松、武陵松、杉木、柏木、黄檀、赤杨叶、兰果树、刺楸、枫香、梓木、光皮桦、青岗栎、长叶石栎、麻栎、栓皮栎、南酸枣、香果树、椴树等200多种。药用植物700余种，有天麻、黄连、芍药、党参、竹节人参、珠子七、杜仲等。木本油料植物有70多种，观赏植物有400多种。此外，纤维植物、鞣料植物、芳香植物、果类植物及特种经济用途植物也较为丰富。

宝贵的野生珍稀动物。武陵源在动物地理分布上属于东洋界华中区，位于西部山地高原亚区与东部丘陵平原亚区的交界边缘。东北接鄂西达神农架等地，西南联于黔东梵净山。各地动物相互渗透，物种丰富。经初步调查，陆生脊椎动物共有50科116种，其中《国家重点保护动物名录》中的一级保护动物有金钱豹、华南虎等3种，二级保护动物有大鲵、猕猴等10种。

珍奇的地质历史遗迹。在漫长的地质历史时期中，过去的地质作用，形成和反映着当时地质作用的特征，如沉积作用、古生物、古气候、岩相古地理等。

典型地质剖面保护。现有索溪峪和张家界国家森林公园两处。

索溪峪口西中志留统小溪组二叠系剖面位于索溪峪口（吴家峪门票站以内）沿公路向西至蔡家峪东，地层出露较全，有中统小溪组、中统云台观组、上统黄家磴组、上统吴家坪组、上统大隆组、下统栖霞组、下统茅口组七个地层单位。其中二叠系地层中化石极为丰富。在剖面上采到了大量腕足类、珊瑚类、海百合以及许多痕迹化石。

张家界国家森林公园张家界锣鼓塌中志留统小溪组剖面位于张家界至锣鼓塌公路旁。剖面全长约1600米，地形较平缓。小溪组地层出露良好。在剖面上采到了丰富的三叶虫、腕足类、腹足类、双壳类、角石及海百合等重要化石。在锣鼓塌附近可见到中统云台观组与中统小溪组以假整合接触，中统云台观组底部有一层5～10公分的含砾岩层。

化石产地保护。境内现有索溪峪腕足动物化石、双趾迹未定种痕迹化石、丁香溶珊瑚化石和泗南峪螺化石四处保护点。

索溪峪腕足动物化石保护点位于索溪峪口向西约200米的公路边。腕足化石产于下二叠统栖霞组灰岩、炭质页岩中。有直扇贝、大德比贝、群山贝、瘤褶贝等。此处还可看到珊瑚、茎类、海百合化石。

索溪峪痕迹化石保护点位于索溪峪口至叶家岗1.5公里的公路旁。双趾迹未定种痕迹化石产于中泥盆统云台观组中下部灰白色、紫红色中厚层状细砂岩中的薄层泥质粉砂岩层面上。该种化石在境内尚属首次发现。它对研究泥盆纪时期的古地理环境具有重要意义。
丁香溶珊瑚化石保护点位于天子山丁香溶附近的山坡下。珊瑚产于早二叠纪的灰岩中。其中珊瑚类有多壁珊瑚、拟犬齿珊瑚、原米氏珊瑚、泡沫米氏珊瑚、梁山珊瑚。当珊瑚个体联生呈多角状复体时，所组成的花纹图案很像乌龟背上的花纹，所以称此种化石为“龟纹石”。这种被称为“龟纹石”的珊瑚集合体具有很高的科研价值和工艺美术价值。

泗南峪螺化石保护点位于天子山镇泗南峪沿公路向西约1公里处。螺化石产于中志留统秀山组粉砂质泥岩的层面上，与角石、三叶虫等伴生。

原生构造保护。见于金鞭溪和索溪峪两处保护点。

金鞭溪跳鱼潭波痕层面构造保护点位于金鞭溪峡谷中段的跳鱼潭。波痕清晰地分布于云台观组紫红色石英砂岩层面上。延伸方向为北西南东向，陡波长约1公分，缓波长约2公分，表明当时海侵方向为南西向北东。

索溪峪斜层理构造保护点位于索溪口沿公路向西1.5公里处。斜层理发育于云台观组砂岩陡崖面上，反映当时水流方向为由南西西向北东东流动。

多姿多彩的气象景观。境内的春夏秋冬，雨晴朝暮，气象万千。云雾是武陵源最多见的气象奇观。有云雾、云海、云涛、云瀑和云彩等五种形态。雨后初霁，先是茫茫大雾，继而化为白云，缥缈沉浮，群峰在无边无际的云海中时隐时现，如蓬莱仙岛，玉宇琼楼，置身其间，飘飘欲仙。有时云海涨过峰顶，然后以铺天盖地之势，飞滚直泻而下，化为云瀑，蔚为壮观。

霞日，晴朗的清晨，红日东升；傍晚，夕阳西下，万千峰柱，镀金流红，灿烂夺目，绮丽动人。

月夜，明月高悬，峰石相拥无声，谷壑朦胧诡秘。偶尔有几声猴啼，更觉幽奇、神秘。

冬雪。冬日雪后，山峦石峰，顶银披素，玲珑剔透。

冬日雪后，山峦石峰，顶银披素，玲珑剔透。