На территории заповедника выявлено 227 видов высших сосудистых растений. Животный мир заповедника довольно разнообразен. Фауна беспозвоночных насчитывает не одну сотню видов. Выявлено 80 видов пауков, многие из которых описаны впервые. В водах Амударьи, каналов, коллекторов и стариц заповедника обитают 36 видов рыб. Земноводные в фауне заповедника представлены двумя видами — зеленая жаба и озерная лягушка.

Пресмыкающиеся представлены 28 видами, в основном обитающими в пустынной части. В различные сезоны года на территории заповедника обитает около 265 видов птиц. Млекопитающие представлены 44 видами, из них 4 — насекомоядные, 5 — рукокрылые, 1 — зайцеобразные, 18 — грызуны, 13 — хищные и 3 — копытные.

Из насекомоядных млекопитающих обычно встречаются ушастый еж, обитающая в тугаях малая белозубка и житель пустынь пегий путорак. Численность рукокрылых невысока. На территории заповедника отмечена рыжая вечерница — мигрирующая летучая мышь, которая занесена в Красную книгу Туркменистана. Широко распространен заяц-толай. Из грызунов по численности преобладают песчанки и домовая мышь. Обычны также пустынные обитатели – тонкопалый суслик и мохноногий тушканчик.

На территории заповедника обитает тушканчик Бобринского. Встречаются акклиматизированные виды – нутрия и ондатра. Из хищных млекопитающих довольно типичны шакал, лисица, барсук, степная кошка, перевязка, встречаются каракал и выдра.

Из копытных в тугаях обитают кабан и тугайный олень, в пустыне — джейран.

При создании заповедника ему была передана территория, частично нарушенная под влиянием антропогенных факторов. В результате соблюдения заповедного режима практически восстановлено естественное состояние природных экосистем, увеличилась численность животных и растений, в том числе редких.

На территории заповедника, Келифского государственного природного заказника и в Среднеамударьинском районе — регионе компетенции заповедника на постоянной основе проводится научно-исследовательская работа. В заповеднике и Среднеамударьинском районе проведена инвентаризация позвоночных животных и высших сосудистых растений, частично — пауков и некоторых групп насекомых. Ежегодно проводится мониторинг за компонентами экосистем заповедника и Среднеамударьинского района, непрерывно ведется «Летопись природы».

Некоторые виды растений и животных занесены в Красную книгу Туркменистана и в Красный список Международного Союза охраны природы.