三河湿地境内地势平坦宽阔，河漫滩地和一级阶地被渭河和洛河切割为三大块。沿黄河呈南北带状，沿渭河又呈东西带状。应受黄河泥沙影响，处滩高于内滩，常年积水，形成沼泽、草甸和盐碱地带。保护区有六条支流注入黄河和渭河，到了汛期，黄河水常倒流入渭河和洛河，成为这一地区湿地的主要成因。

　　保护区属暖温带大陆性半干燥、半湿润季风气候，海拔在330米-335米之间，地势较周围偏低，受秦岭和中条山所形成的潼关风口的影响，气候具有明显的地域特征，春季干燥升温快，夏季炎热日照长，秋季降温多阴雨，冬季寒冷少雪雨。

　　独特的地理位置和典型的自然地理环境为湿地动植物资源和生物多样性提供了繁衍生息的场所。这里的森林植被为暖温带落叶、阔叶林。植被群落有芦苇群落、盐蓬群落、杯柳群落、草甸群落等。丰富的植物资源和植物群落的多样性，以及大量水生小动物的存在，为水禽提供了栖息、觅食和繁殖的良好环境，形成了三河湿地独特的生态环境。

　　据初步调查，区内有脊椎动物27目53科110属140中，虾、螺、蚌等家壳类动物20余种，蛇、蛙等爬行动物以藻类、小昆虫及微生物等为食料，其本身又成为野生水禽的食物来源，形成湿地特有的生物链。