Das Federseemoor ist ein Verlandungsmoor, entstanden aus einem eiszeitlichen Gletscherstausee, daneben enthält es Bereiche mit Durchströmungs- und Quellmooren. Entsprechend beherbergt es alle Stadien der Moor-entwicklung vom noch offenen See über große Niedermoorkomplexe bis hin zum Hochmoor. 

Der 140 ha große Federsee ist der größte See in Baden-Württemberg. Gespeist wird er über Gräben, die das umgebende Moor entwässern. Als Flachsee ist er Lebensraum für viele an warme, nährstoffreiche Gewässer angepasste Arten. Die Ufer sind wichtige Brutreviere. Daneben ist der See ein bedeutender Rastplatz für Zugvögel. Im Winter sieht man auf den eisfreien Bereichen Tausende Wasservögel.

Der 250 ha große Schilfgürtel um den Federsee ist das größte zusammenhängende Verlandungsröhricht in Südwestdeutschland und einer der wichtigsten Lebensräume für an Schilf angepasste Vogelarten: er bietet ihnen 
Nahrung, Brutmöglichkeiten, Versteck und geschützte Schlafplätze. Viele davon, wie die Rohrweihe, sind ausgesprochene Schilf-Spezialisten.

Auch das ausgedehnte, zusammenhängende Feuchtgrünland mit überwiegend extensiver Nutzung ist von europäischer Bedeutung. Weil die Wiesen traditionell extensiv bewirtschaftet wurden, sind sie ein wichtiges Rückzugsgebiet für gefährdete Tiere und Pflanzen. 

Durch eine umsichtige Besucherlenkung sind große Teile des Gebiets völlig beruhigt.