Заповедник находится в южной части Среднеобской низменности, которая занимает центральную часть Западно-Сибирской равнины. Местность имеет пологий уклон на север, к долине Оби. Наиболее возвышенной является ее юго-восточная часть с отметками до 105 м н. у. м.

Геологический разрез на территории заповедника имеет двухъярусное строение. Фундаментом служит толша древних допалеозойских и палеозойских кристаллических пород. Фундамент покрыт относительно рыхлыми морскими и континентальным” мсзокайнозойскими отложениями (глины, песчаники и др.). Их мощность повсеместно превышает 1 км, а в некоторых впадинах достигает 3–4 км.

Основные элементы рельефа в пределах заповедника – обширные междуречья и узкие речные долины. Абсолютные высоты достигают здесь 80–90 м, но относительное превышение водоразделов всего 5–7 м. Речные долины формировались в условиях небольших уклонов поверхности, медленного и спокойного течения рек, поэтому русла рек очень извилисты.

Территория заповедника охватывает часть бассейнов рек Негусъях и Малый Юган – правых притоков Большого Югана, впадающего в Обь. Река Негусъях берет начало среди болот и принимает в себя множество притоков. Протяженность реки в пределах заповедника около 400 км. Малый Юган входит в заповедник лишь отчасти, образуя его естественную северо-восточную границу. Наиболее крупные притоки Малого Югана, текущие по этой территории, - Колкоченъягун и Вуяяны. Колебания уровня воды в реках достигают 6 м. Ширина русла Негусъяха в межень 15-20 м, а Малого Югана - 25-30 м.

Из-за чрезмерного избытка влаги в общем водном балансе Среднего Приобья здесь весьма ярко выражен процесс болотообразования, начавшийся еще 10–12 тыс. лет назад и продолжающийся поныне. Этому способствовали многочисленные ложбины, заполненные стоками ледниковых вод в условиях последующего потепления. По мере заполнения их торфом, примерно 2-3 тыс. лет назад образовались современные болотные системы. На территории заповедника болота покрывают в основном водоразделы и широкие террасы крупных рек. По соответствующему районированию (Болота..., 1976), это зона выпуклых (сфагновых) болот, а территория заповедника относится к Салымо-Балыкскому подрайону Обь-Иртышского района.

На водоразделах развиты крупные, сложные олиготрофные системы, состоящие в центральной части из грядово-озерковых болотных микроландшафтов. Уровень болотных вод летом на 20–30 см ниже поверхности болота, а в зимнее время опускается до 90 см. Гряды возвышаются над мочажинами на 0,2–0,4 м, поверхность их имеет волнистый и кочковатый микрорельеф, ширина гряд меняется от 2 до 10 м. Мощность торфа от 2 до 5-6 м. а иногда достигает 10 м.

В процессе развития болотных систем возникло огромное количество разнообразных по размеру озер, площадь которых может занимать до 50 и более процентов площади таких ландшафтов. В заповеднике около 15 крупных озер, площадь которых превышает 1 квадратный километр. Среди них выделяются Онтырлор (301 га) и Кытнелор (23 га). Но подавляющее большинство озер невелики по размеру. форма их, так же как и крупных, округлая или эллипсовидная. Все озера болотного генезиса мелководные (0,5-3.5 м), имеют торфяное дно, топкие невысокие берега. Нередко они дают начало небольшим речкам.

Вторым типом озер в заповеднике (порядка 10% от общего числа) являются старицы в поймах крупных меандрирующих рек (так называемые “урьи”), они имеют форму русла реки и долгое время сохраняют связь с ней через ручьи и ложбины.

Многолетняя мерзлота в настоящее время почти не влияет на гидрологию. Мерзлотные породы лежат на значительной глубине (более 200 м), не оказывая существенного влияния на циркуляцию грунтовых вод.

Климат района отличается влажностью и континентальностью, диапазон колебаний абсолютных температур 87,7'С. Среднегодовая температура воздуха – 2.4 С. Средняя температура января -19°, июля + 16 С. Продолжительность безморозного периода в среднем 92 дня, вегетационного 137 дней. Среднегодовое количество осадкой 646 мм. Снежный покров достигает мощности 30-70 см в лесу и до 120 см на болотах. Глубина промерзания почвы 50-150 см. Зима холодная и продолжительная. Морозы иногда достигают –50–55°С. Весна и осень относительно короткие (полтора месяца). Лето короткое, но жаркое; господствуют ветры северного направления, сменяющиеся зимой на южные и юго-западные.

Избыточная влажность, небольшой уклон местности и слабая дренированность приводят к переувлажнению и заболачиванию почвы. На дренированных частях водоразделов почвенный покров образован суглинистыми и песчаными подзолистыми почвами. Наиболее выраженные почвообразовательные процессы – глеевый и подзолистый. В целом, для почв заповедника характерны кислая и сильно кислая реакция и маломощный гумусный горизонт (3–10 см) с низким содержанием гумуса (1,5–3%), что говорит о незначительной продуктивности этих почв.

© А.С. Байкалова, В.М. Переяславец, Т.С. Переяславец, Е.Г. Стрельников, О.Г. Стрельникова, Ф.Р. Штильмарк, 1999 г.