L’ambiente della Riserva di Tocchi è quello tipico della collina toscana, con orografia irregolare e dolci rilievi solcati da brevi corsi d’acqua che si riversano nel torrente Vermiglione, nel fosso Macinaio ed nel fosso delle Lame Buie. Più di metà dell’area è ricoperta da boschi di pino marittimo, con sottobosco formato da vegetazione xerofila (Ericacee, ginepro comune, fillirea e corbezzolo).
In piccole aree la pineta pura viene sostituita quasi completamente da formazioni di varie latifoglie, come l’orniello, il castagno, il carpino nero, il cerro, la roverella, il nocciolo. Il leccio si trova massivamente soltanto in un’area, in loc. Ferraia, in consociazione con corbezzolo, fillirea, mirto e quercia da sughero. Lungo il fosso Balze si trovano esemplari di faggio, che qui costituiscono un interessante relitto glaciale. Sito di rilevante importanza per la conservazione della lontra, la cui presenza è stata segnalata almeno fino al 1992. Molti i mammiferi, tra cui la martora, il gatto selvatico, il cinghiale, il capriolo, l’istrice, il tasso, la volpe. Tra gli uccelli, troviamo il biancone, il falco pecchiaiolo, lo sparviero, la poiana, l’assiolo, il colombaccio, il succiacapre, il torcicollo, il picchio verde, la cappellaccia, la tottavilla, il merlo acquaiolo, la tordela, la magnanina, la cincia mora, il rigogolo, l’averla piccola, l’averla capirossa e il nibbio reale (reintrodotto).