Разнообразие почвыобусловливает формирование своеобразной флоры. На глинистых почвах преобладают биюргуновые, кейреуковые; на щебнистых тасбиюргуновые; на каменистых ежовниковые, полынные, вьюнковые, курчавковые; белобоялычевые и саксауловые: на солончаках реомюриевые, поташниковые и сарсазановые сообщества. На территории заповедника встречается около 263 видов растений, из них 5 краснокнижных: мягкоплодник критмолистный, катран беззубый, марена меловая, молочай твёрдобокальчатый и солянка хивинская.
Класс земноводные представлен 1 видом — жаба зелёная, класс пресмыкающиеся 22 видами, класс млекопитающие 45 видами, класс птицы111 видами, включая пролетных. Из них в Красную книгу занесены: птиц — 11 видов: фламинго, балобан, сапсан, стервятник, степной орёл, беркут, филин, джек, змееяд, чернобрюхий рябок, каравайка; млекопитающих — 9 видов: устюртский муфлон, джейран, каракал, манул, перевязка, барханный кот, медоед, белобрюхий стрелоух, гепард (вымер на территории Казахстана в 1960-е гг.); пресмыкающихся — 1 вид: четырёхполосый полоз.