一、区域环境
自然保护区总面积15.3万公顷，其中核心区5.94万公顷，缓冲区1.12万公顷，实验区8.24万公顷。分南北两部分：南部区域位于现行黄河入海口，面积10.45万公顷；北部区域位于1976年改道后的黄河故道入海口，面积4.85万公顷。
自然保护区属暖温带季风型大陆性气候，四季分明，光照充足，雨热同季。年均气温11.9℃，无霜期196天，年均降水量551.6毫米，蒸发量1928.2毫米；自然保护区海岸线长131千米，海岸属于粉砂淤泥质海岸类型。自然保护区内气候突出特点是雨热同季，降水多集中在植物活跃生长期内，光热水资源情况良好，气候有效性较高，有利于植物生长。其不利方面主要是不稳定性，降水年内分配不均，冬季季风比较强大，温度年际变化较大。由于四季气候变化，导致自然保护区内旱涝、大风、冰雹及风暴潮等气候灾害频繁发生，给自然保护区保护管理造成不同程度的不利影响。
自然保护区域内地形地貌受近现代黄河入海口变迁改道演变控制，由于入海口多次改道，导致区域内地形地貌形态复杂，类型多样。1855年起，黄河在利津县以下冲积成三角洲，以利津县为顶点、北到徒骇河口、南到小清河口、主体在东营市境内呈扇状三角形地区，面积5450平方千米，地面平坦，在海拔10米以下。由黄河多次改道和决口泛滥而形成岗、坡、洼相间微地貌形态，分布砂、黏土不同土体结构和盐化程度不同各类盐渍土。其微地貌控制地表物质和能量分配、地表径流和地下水活动，形成以洼地为中心的水、盐汇积区，是造成“岗旱、洼涝、斜坡碱”的主要原因。人类活动（黄河改道，垦殖，城建，石油开采，修建黄河大堤、高速公路、海堤等）在剧烈改变区域内微地貌形态，但其基本框架仍清晰可辨。
自然保护区南部区域海岸线，北起孤东油田海堤纪念碑，南至小岛河口，长84千米，呈牛角状探入莱州湾；北部区域海岸线，西起黄河故道三河口，东至桩古四十六井，总长47千米，海岸线呈“凹”形；属于粉砂淤泥质海岸类型。自然保护区范围所包括的浅海水域面积31.31万公顷，全部为国有。自然保护区周边海域春季、秋季表层海水平均温度为12～20℃，夏季为24～28℃，冬季为0.02℃。盐度随季节不同略有变化。一般在20%～30%之间。潮汐为不正规半日潮，黄河入海口附近平均高潮间隙为10～11小时，平均大潮差为1.06～1.78米，小潮为0.46～0.78米。海水一般年份于12月上旬开始结冰，3月上旬海冰消融，冰期约3个月。
二、自然资源
土地资源。黄河在入海口处沉沙造陆，面积逐年增加，形成广袤的三角洲。据统计，从1975年到1992年国家级自然保护区建立，黄河每年向海延伸2.2千米，年均造陆32.4平方千米。1990年12月21日，市政府决定成立“黄河三角洲自然保护区”。地理坐标为北纬37°42'～38°9'，东经118°44'～119°16'，总面积2.67万公顷，其中核心区1万公顷，实验区1.67万公顷。该区分黄河口、一千二管理站（林场）两部分。黄河口部分：其范围东临渤海岸，南至黄河北岸，西至孤岛林场（黄河口管理站）与济南军区生产基地开发局分界线处，北至六号路南1000米处，总面积2万公顷；其中核心区东临渤海岸，南至黄河北岸，西至人工河，北至六号路南1000米处，面积0.67万公顷；核心区以外的1.33万公顷为试验区。一千二管理站（林场）部分：东南至林场场界，西至四河，北邻渤海岸，总面积0.67万公顷；其中，核心区东南至林场场界，西至四河，北至防潮坝北1000米处，面积0.33万公顷；核心区以外0.33万公顷为实验区。1991年11月21日，省政府批准建立“东营黄河三角洲省级自然保护区”。分为核心区、实验区，总面积5.09万公顷，其中核心区1万公顷。一千二林场、孤岛林场所辖范围和面积全部划入自然保护区内。1992年10月，国务院批准建立“山东黄河三角洲国家级自然保护区”。地理坐标为北纬37°40'～38°10'，东经118°41'～119°16'。下辖黄河口、大汶流、一千二3个管理站，总面积15.3万公顷。其中，黄河口管理站面积6.05万公顷，一千二管理站面积3.76万公顷，大汶流管理站5.5万公顷。总面积中，有林地1.36万公顷、疏林地750公顷、草地5.55万公顷、滩涂3.85万公顷，水面3.93万公顷（其中浅海3.13万公顷、淡水0.8万公顷）、农田0.52万公顷、建筑用地143公顷。植被覆盖率66.1%，林木覆盖率12.2%。
湿地资源。山东黄河三角洲国家级自然保护区的湿地分为近海与海岸湿地、河流湿地、沼泽湿地和人工湿地4类，浅海水域等12种湿地型。各类湿地面积为11.31万公顷，占保护区总面积的74.0%。其中，近海与海岸湿地面积65109公顷，河流湿地2536公顷，沼泽湿地29889公顷，人工湿地15550公顷。
植物资源。黄河三角洲新生而独具特色的自然环境孕育了丰富的植物资源，自然保护区共有各种植物685种，其中淡水浮游植物8门、41科、97属，共计291种；海洋浮游植物4门，116种；自然分布维管束植物46科、128属、195种，其中蕨类植物1科、1属、2种，裸子植物2科、2属、2种，被子植物43科、125属、191种；栽培植物26科、63属、83种。盐地碱蓬、柽柳和罗布麻在自然保护区内广泛分布，是中国沿海最大的新生湿地自然植被区。
动物资源。自然保护区内动物资源丰富，共有各种野生动物1627种。①鸟类：共有19目、64科、367种，主要以旅鸟为主。典型的古北界鸟类有东方白鹳、大天鹅、大
、丹顶鹤、灰鹤、大鸨、大杓鹬、小杓鹬等；广布种代表种类有苍鹭、大白鹭、普通翠鸟、大杜鹃等；东洋种大多数为繁殖鸟类，如绿鹭、池鹭、蓝翡翠、白头鹎等。从季节居留型来看，有留鸟45种、夏候鸟61种、冬候鸟54种、旅鸟202种、迷鸟5种。②哺乳类：有7目、15科、25种，以中、小型兽类为主。分为陆栖和海洋哺乳动物，陆栖哺乳动物有5目，其中食虫目4种、翼手目3种、食肉目5种、兔形目1种、啮齿目7种，啮齿目构成区内兽类主体；海洋兽类有两目，其中鳍足目1种、鲸目4种，仅季节性出现在保护区海域内。③鱼类：共有191种，隶属于19目58科，分淡水性鱼类和海洋性鱼类两大部分。其中淡水鱼108种、海洋鱼类83种。④两栖类：共6种，隶属于1目3科3属。其中古北种2种、广布种3种、东洋种1种。⑤爬行类：10种，隶属于3目6科9属。龟鳖目3种、蜥蜴目5种，蛇目类优势种为虎斑游蛇、黄脊游蛇。⑥其他类群：有原生动物18种、原腔动物50种、腔肠动物24种、甲壳动物148种、软体动物109种、环毛动物85种、扁形动物17种、节肢动物68种、棘皮动物9种。
水资源。自然保护区淡水资源主要包括降水和黄河水。地下水除小范围内分布着浅层微咸水外，几乎全为咸水。因此，黄河是三角洲唯一可大规模开发利用的淡水资源。1996—1998年，黄河断流严重。1999年起，国家黄河水利委员会实行黄河干流水量统一调度，2002年开始黄河调水调沙，至2013年黄河实现连续14年不断流。但冬、春黄河上游有效注入自然保护区湿地水量仍明显偏少。此外，区内其他主要通海河道有刁口流路黄河故道、小岛河、人工河等，均系排水河道。刁口流路黄河故道总长59千米，一千二管理站境内有三河和四河两条通海黄河故道。四河长13千米，由于受海潮影响为咸淡水；三河长11千米，受海潮影响，为咸水；小岛河流经大汶流管理站南界，全长27.5千米，其中区内长2千米；人工河流经黄河口管理站界内，全长8千米，为1987年人工挖成入海分流河道，垂直于现行黄河河道，受海潮影响较大。
油气资源。1983年，胜利油田开始在一千二、孤岛两个林场区域内开展石油钻探。至2013年底，自然保护区内涉及油田11个，涉及油田单位17家。
一千二管理站涉及河口采油厂油井342口，桩西采油厂711口，海洋采油厂24口。生产生活设施80处，其中河口采油厂37处，面积10.2公顷；桩西采油厂42处，面积32.8公顷；海洋采油厂1处，面积7.93公顷。道路166条，占地140.13公顷。
黄河口管理站境内涉及确权范围内孤东采油四矿油井207口，石油开发胜海分公司82口，新滩矿28口，胜龙管理区33口，集输3口，孤岛采油厂39口；确权范围外孤东采油四矿37口，胜龙管理区55口，集输15口，孤岛采油厂126口。确权土地内计量站41处，占地面积11.07公顷；确权外计量站23处，占地面积8.17公顷。道路8宗，占地5.73公顷。
大汶流管理站涉及确权范围内孤东采油管理五区油井210口，石油开发胜海分公司162口；确权范围外孤岛采油厂垦利管理区83口，东营鲁明富林石油科技开发有限责任公司12口。确权范围内占地26宗，面积23.8公顷；确权范围外占地9宗，面积6.4公顷。
三、重点保护鸟类
自然保护区鸟类中属国家一级保护的有丹顶鹤、白头鹤、白鹤、大鸨、东方白鹳、黑鹳、金雕、白肩雕、白尾海雕、玉带海雕、中华秋沙鸭、遗鸥12种，属国家二级保护的有灰鹤、大天鹅、鸳鸯等51种。
鹤类。世界上共有15种鹤，亚洲及中国有9种，黄河口有7种，在同一个地区能发现7种鹤，在全球其他地区极为罕见。其中丹顶鹤、白头鹤、白鹤为国家一级保护鸟类，灰鹤、白枕鹤、沙丘鹤、蓑羽鹤为国家二级保护鸟类。①丹顶鹤。10月下旬至第二年4月上旬在黄河口越冬及迁徙停歇。迁徙期主要集中在芦苇沼泽、河道、池塘、近海滩涂，越冬期淡水湿地大面积结冰，因觅食困难而集中在农田区或近海滩涂。南迁期数量逐步增加，至越冬期数量最少，北迁期数量又逐步增加。迁徙期数量超过100只，越冬期一般在30～60只，不同年度有所变化（全球数量：1700～2000只）。②白鹤。南迁期为10月下旬至12月，北迁期为3月至4月上旬。迁徙季节主要见于芦苇沼泽、河道、农田、近海滩涂。南迁期数量较大且集中，北迁期数量较少且分散。迁徙期数量超过500只，不同年度有变化（全球数量：2900～3000只）。③白头鹤。南迁期为10月下旬至12月，北迁期为3月至4月上旬。分布于芦苇沼泽、近海滩涂、农田。迁徙期数量近100只，偶有与灰鹤混群的越冬个体。不同年度有变化（全球数量：9400～9600只）。④白枕鹤。南迁期为10月下旬至11月，北迁期为3月至4月上旬。南迁期数量超过300只，无越冬种群，北迁期数量较少且分散。不同年度有变化（全球数量：4900～5300只）。⑤灰鹤。10月下旬至第二年3月下旬在黄河口越冬及迁徙停歇。越冬期集中于农田、草地生境，迁徙期则多种生境均有分布。南迁期数量逐步增加，越冬期为数量高峰期，北迁期数量逐步减少。数量超过5000只，不同年度有变化（全球数量：2.5万至27.5万只）。
天鹅。亚洲及中国有3种，自然保护区3种全有，分别为：大天鹅、小天鹅、疣鼻天鹅，均为国家二级保护鸟类。天鹅一般在10月底或11月初迁来，部分在此越冬，第二年3月初迁离。
东方白鹳。东方白鹳已知野生种群数量约为3000～3500只，处于全球濒危状态，被列入CITES附录、ICBP世界濒危鸟类白皮书，IUCN濒危物种红色名录将其列为濒危物种，为中国一级保护鸟类。黄河口原无东方白鹳繁殖记录，2005年首次有2对东方白鹳繁殖成功，孵化雏鸟7只。其后，境内东方白鹳繁殖种群屡创新高，至2013年达36巢、成功繁殖雏鸟114只。2010年，因保护东方白鹳的突出贡献，中国野生动物保护协会授予东营市“中国东方白鹳之乡”称号。
黑嘴鸥。黑嘴鸥为世界易危鸟类，全球数量约为1.4万只。1992年，科研人员在黄河三角洲首次发现两处黑嘴鸥繁殖地，繁殖种群543只，繁殖巢9个。20世纪90年代至21世纪初10年，数量维持在500～1500只，繁殖地一直处于不稳定状态。2006年，自然保护区管理局实施十万亩湿地恢复工程，实施生态补水工程、鸟类栖息地改善工程，为黑嘴鸥提供了比较稳定的繁殖地。当年出现52只黑嘴鸥繁殖，2007年增至540只，2008年增至600只，2009年增至1200只。2012年，自然保护区在一千二管理站实施三万亩湿地恢复工程，2013年有2500只黑嘴鸥在此筑巢繁殖。
