Pagrindinę rezervato dalį užima Čepkelių raistas - didžiausia (5858 ha) šalies aukštapelkė. Raistas šiaurryčių–pietvakarių kryptimi tęsiasi net 14 km. Iš šiaurės ir vakarų pelkės guolį supa pušynais apaugusios žemyninės kopos. Čia rezervatas ribojasi su Dzūkijos nacionaliniu parku. Pietuose pelkę riboja, kartu ir rezervato ribą bei valstybinę sieną su Baltarusija nužymi Katros upė.

Čepkelių pelkė ėmė formuotis baigiantis apledėjimui, maždaug prieš 11 tūkst. metų. Raistas plyti senovinių marių guolyje. Prieš 9 tūkst. metų sauso klimato sąlygomis vėjas supustė prieledyninių marių pakrančių smėlynus į žemynines kopas, kurios atitvėrė žemesnę prieledyninių marių lygumą. Pakilęs gruntinio vandens lygis bei vėlesnis drėgno klimato laikotarpis ypač paskatino pelkėjimo procesus.

Durpių klodo storis pelkės gūbryje siekia 5 – 6 m. Šiaurytiniai ir rytiniai pelkės pakraščiai labai vingiuoti. Pelkės centre ir pietiniame pakraštyje gausu įvairaus didumo senais medynais apaugusių mineralinio grunto salų (grendų). Tai kyšančios žemyninių kopų keteros. Vandens perteklius iš Čepkelių raisto nuteka Peklos upeliu į Ūlą, Musteikos upeliu - į Grūdą, ir kanalu - į Katrą. Raisto rytinėje dalyje susitelkę ežerėliai, iš jų didžiausias ežeras - Ešerinis užima 14,9 ha. Kai kurių ežerėlių lygis truputi pažemėjo XIX a. pab., raisto pietiniame pakraštyje iškasus kanalą į Katrą.

Čepkelių rezervatas išsiskiria greta aptinkamomis stepėms bei tundrai būdingomis augalų bendrijomis. Aukštapelkėje vyrauja ištisinį kilimą sudarančios samanos - kiminai, gausūs krūmokšniai: gailiai, viržiai, spanguolės. Medžių ardą sudaro skurdžios pušaitės, plaukuotasis ir karpotasis beržai, kai kur išlikusios didelės atviros plynės. Aukštapelkę juosiančių žemyninių kopose vyrauja brandūs pušynai, kurių paklotėje gausiausios kerpės. Salose, kopų šiauriniuose šlaituose, lygumose ir daubose vyrauja pušynai su žaliųjų samanų danga ir krūmokšniais: viržiais, mėlynėmis, bruknėmis.

Specifinės gamtinės sąlygos nulėmė didelę retųjų augalų rūšių įvairovę. Čia randamos pelkėms būdingos augalų rūšys: patvankinis pataisiukas (Lepidotis inundata), dėmėtoji gegūnė (Dactylorhiza maculata), laplandinis karklas (Salix lapponum), plačialapiams miškams: plačialapė klumpaitė (Cypripedium calceolus), virgininis varpenis (Botrychium virginianum), smėlynams: kalninė arnika (Arnica montana), lietuvinė naktižiedė (Silene lithuanica), vėjalandė šilagėlė (Pulsatilla patens).

Rezervate taip pat aptinkama nemažai retųjų vabzdžių, varliagyvių bei roplių rūšių. Čia gana įprasta vienintelė nuodinga šalyje gyvatė – paprastoji angis (Vivera berus), bei paprastasis žaltys (Natrix natrix). Taip pat čia yra viena iš dviejų šalyje lygiažvynio žalčio (Coronella austriaca) radimviečių.

Čepkeliuose išlikusios stambiausios kurtinių (Tetrao urogallus), gervių (Grus grus), stulgių (Gallinago media) populiacijos Lietuvoje, gyvena kitur beveik išnykę gyvatėdžiai (Circaetus gallicus), didieji apuokai (Bubo bubo).

Rezervate įprasti kitose šalies vietose reti paukščiai: tetervinas (Lyrurus tetrix), griežlė (Crex crex), juodasis gandras (Ciconia nigra), lututė (Aegolius funereus), tripirštis genys (Picoides tridactylus), baltnugaris genys (Dendrocopos leucotos) ir dar daugelis kitų rūšių, kurioms Čepkeliai vis dar yra saugiu prieglobsčiu.

Miškuose paskendęs ir nuo dažno trikdymo apsaugotas rezervas - viena iš pagrindinių briedžių (Alces alces) žiemos ganyklų šalyje. Taip pat čia nuolat gyvena vilkai (Canis lupus), lūšys (Lynx lynx), ūdros (Lutra lutra), gausu bebrų (Castor fiber).