Завдяки цілині зберігається реліктовий фауністичний комплекс. Тут надійне місце помешкання видів, котрі стали рідкісними або опинилися на грані зникнення та потрапили на сторінки "Червоної книги України" (6 видів комах, 3-плазунів, 6-птахів, 5-ссавців).
Дунайський біосферний заповідник — самостійна природоохоронна та науково-дослідна установа. Розташований на крайньому південному заході України, на території Кілійського району Одеської області.
Дирекція та основна база знаходяться в м. Вілкове.
Загальна площа дельти Дунаю складає біля 5640 км2, в тому числі 1200 км2 припадає на українську частину. Дунайский біосферний заповідник, площею 46402,9 га, займає її приморську зону.
Дунайський біосферний заповідник почав своє існування як філія Чорноморського заповідника в 1976 році.
В 1981 році на базі Дунайської філії Чорноморського заповідника було створено заповідник "Дунайські плавні".
Дунайський біосферний заповідник створений Наказом Президента України в 1998 році на базі природного заповідника "Дунайські плавні". До передбачених відповідним законом зон біосферного заповідника ввійшли:
Вторинна (морська) дельта Кілійського рукава Дунаю (нижче м. Вілкове) - заповідна, буферна зони та зона антропогенних ландшафтів;
Жебріянська гряда - зона антропогенних ландшафтів;
Стенцівсько-Жебріянські плавні - зона регульованного заповідного режиму;
Русловий острів Єрмаков - буферна зона та зона антропогенних ландшафтів;
Територія прилеглого недіючого рибного господарства - зона антропогенних ландшафтів.
Дунайський біосферний заповідник має перспективу розширення на всі найбільш цінні водно-болотні угіддя Українського Придунав’я (верхів'я лимана Сасик, озеро Кугурлуй тощо), що передбачене відповідною Програмою розвитку заповідної справи в Україні на 2001-15 роки. Для цього названі території зарезервовані спеціальним Наказом Президента України.
Клімат заповідника помірно континентальний з відносно короткою і теплою зимою та тривалим жарким літом. Зима найчастіше триває з середини грудня по першу декаду березня. Літо починається у першій декаді травня та триває до третьої декади вересня. Середньомісячна температура найжаркішого місяця (липня) становить 23°С з абсолютним максимумом в 39°С. Середньомісячна температура січня коливається від -1°С до -5°С. Річна амплітуда середньодобових температур сягає 41,5°С, а абсолютна - 70°С. Тривалість сонячної радіації перевищує 2300 год./рік. Безморозний період триває до 200 діб, вегетаційний - до 235-245 днів.
Річна сума опадів коливається в діапазоні від 300 до 700 мм, і в середньому становить близько 400 мм. Випаровуванність звичайно в два рази перевищує кількість опадів і становить біля 800 мм/рік. Середньорічна температура води в дунайських руслах складає 12,7°С. Річкові води найбільш прогріті в липні-серпні, коли їх температура в середньому становить 24,1°С з максимумом в 27,6°С.
Рельєф заповідника рівнинний, поверхня майже горизонтальна з невеликим підвищенням в північній частині. Найбільш високими природними елементами території є піщані дюни Жебріянської гряди, приморські та прируслові гряди. За останні десятиріччя в результаті складування ґрунту від інтенсивних днопоглиблювальних робіт в півничній частині дельти в районі порту Усть-Дунайськ виникли штучно підвищені рельєфні елементи.
В гідрологічному плані дунайська дельта має добре розвинену систему рукавів першого та другого порядків. При цьому міжруслові дельтові острови мають блюдцеподібну форму за рахунок підвищених прируслових (сформованих в результаті відкладів мулу в повеневий період на берегах водотоків) та приморських (виникли внаслідок хвильової активності моря із морського піску та твердого стоку ріки) природних позитивних елементів дельтового рельєфу.
Гідрологічній режим заповідних територій майже повністю зумовлений гідрологією Дунаю. Протягом року ріка приносить в гирлову область в середньому близько 203 км3 води. Значно більше половини цього об’єму припадає на Кілійський рукав, який живить заповідні угіддя. Рівень води в дельті значно змінюється по сезонам. Найбагатоводніші місяці - квітень, травень і, частково, червень. Найменший стік припадає на вересень - жовтень. Підвищення фонового рівню Чорного моря, яке спостерігається в останні десятиріччя, поширилося і на дельту Дунаю. Так, за період з 1963 по 1992 роки він біля міста Вілкове (18 км від моря) зріс на 17 см.
На рівень води в дельті Дунаю значно впливають згінно-нагінні вітрові явища. В виключних випадках під їх впливом вода в дельті може підніматись на метр і навіть більше. При цьому підсолена морська вода в придонному шарі нерідко досягає м. Вілкове.
Первинна дельта Дунаю сформувалася в післяльодовиковий період із твердого стоку ріки на місці Давньодунайського лиману. Вторинна (морська) дельта Кілійського рукава, що знаходиться нижче м. Вілкове, в геологічному плані досить молода. Її вік становить тільки біля 400 років. Створена вона на морських мілинах головним чином відкладами твердого стоку ріки з домішками піску морського походження. Залишком давнього пасма морських дюн є сучасна піщана Жебріянська гряда.
Ґрунти дельти сформувалися на базі річкового алювію та морського пісчаного субстрату в результаті дерново-лучного процесу в умовах сильного та тривалого зволоження. Для дельтових угідь найбільш характерні лучні, лучно-болотні, болотні ґрунти та солончаки. За механічним складом вони, переважно, важкосуглинисті та глинисті. На болотні ґрунти в дельті, природно, приходяться найбільші площі. Формуються вони практично на всіх занижених ділянках. Лучно-болотні ґрунти займають присхилові ділянки прируслових гряд і формуються в умовах тривалого затоплення. Значні площі в дельті займають новоутворені відклади приморських кіс і прибережних смуг островів. Вони звичайно є бідними на гумус та відзначаються невеликою вологоємністю. На алювіальних відкладах заплави Дунаю сформувалися дернові ґрунти різних типів. Засолені ґрунти представлені солончаками, в яких легкорозчинні солі знаходяться на поверхні.
Це найцінніша ділянка заповідника. Особливо велике природоохоронне значення має її передній край, де безперервно відбуваються інтенсивні процеси дельтоутворення. Серед усіх великих дельт середземно-морського та чорноморського басейнів, вторинна дельта Кілійського рукава Дунаю найменше змінена людською діяльністю і природні процеси дельтоутворення виражені тут в максимальній мірі. Свідченням цих процесів є нові острови та коси, що постійно створюються у приморській зоні дельти.
В плані збереження біорізноманітності найбільше значення в цій ділянці заповідника має мозаїчна приморська смуга з прилеглими мілинами. Це самі цінні в природоохоронному плані угіддя усієї української частини дельти. Тут практично зосереджений основний як ресурсний, так і видовий потенціал заповідника. Своєрідними оазисами біорізноманітності в дельті є розташовані вздовж водотоків прируслові заплавні ліси. Але майже суцільні очеретово-осокові зарості, якими представлені основні, віддалені від моря, площі дельтових островів в цьому плані значно бідніші.
На фоні плавнів ця територія заповідника значно відрізняється в рельєфі і являє собою потужні відклади піску з прошарками пилуватого піску. Рельєф цієї ділянки сильно диференційований на слобозадерновані піщані кучугури з відносною висотою до 4-х метрів та міжгривневі зниження. На жаль, основна частина пасма вкрита штучними різновіковими насадженнями сосни кримської. Але й в цих умовах Жебріянське пасмо ще зберігає значний природоохоронний потенціал, в першу чергу за рахунок рідкісних псамофітних природних комплексів. Цьому в значній мірі допомагає диференційованність рельєфу і інших екологічних факторів та їхня динамічність. Певну природоохоронну, екологічну та наукову цінність також мають екосистеми та їх сукцесії підростаючого різновікового соснового лісу. Так, наприклад, тут формується досить цікавій для региону лісовий орнітокомплекс.
Це досить цінний природний комплекс Дунайського біосферного заповідника. Незважаючи на те, що ця ділянка заплави повністю одамбована і її гідрологічний режим в значній мірі штучно регулюється, ще біля 10 років тому тут гніздилось до 50% деяких фонових водоплавних та біляводних птахів всієї української частини дельти Дунаю. Проте зараз екосистема плавнів сильно деградована, головним чином за рахунок значного накопичення в ній живих та відмерлих решток очерету та, в меншій мірі, рогозу, які зайняли до 40% об’єму води в угідді і стали причиною багатьох екологічних та економічних проблем. Ця територія потребує невідкладних заходів по її екологічному відновленню.
Одамбування острова та невдало регульований гідрологічний режим зумовили помітне осушення та засолення значної частини цього угіддя. Це призвело до значних екологічних змін в його природних комплексах. Разом з тим, утворення на острові чималих ділянок з елементами степової рослинності зумовили появу тут досить рідкого на півдні України степового ентомокомплексу. Велике природоохоронне значення має острівний природний заплавний ліс, який ще в значній мірі зберігся в позадамбовому просторі. В зимовий період відкриті ділянки острова мають велике значення для зимівлі палеарктичних видів гусей, в першу чергу білолобого та червоноволої казарки.
Флора Дунайського біосферного заповідника нараховує близько 950 видів судинних рослин, які належать до 371 роду та 97 родин. Серед них значно переважають трав'янисті види (96,7%). Основне ядро видового складу рослин утворює літоральний флористичний комплекс. Найбільшим різноманіттям відрізняється флора Жебріянськї піщаної гряди. Спектр провідних родин складають Айстрові, Злаки, Бобові, Осокові, Хрестоцвітні, Лободові, Гвоздичні, Губоцвітні, Гречкові, Зонтичні, Жовтецеві, Шорстколисті, на яких припадає більше половини всіх видів. Переважна більшість видів рослин заповідника належить до ентомофільної групи.