La biodiversidad que se desarrolla sobre el sustrato de yeso del Área de Protección de la Flora y Fauna Cuatrociénegas es única, y hace que se considere como una de las regiones gipsófilas más importantes de Norteamérica. La vegetación presenta un pastizal alcalino en el piso seco de la cuenca, hábitats acuáticos y semi-acuáticos, donde se localiza el lirio acuático, especie nativa; dunas de yeso que albergan 6 especies endémicas, zona de transición y matorral desértico de las bajadas, este último con gran diversidad de cactáceas, algunas de protegidas por la norma, e incluso, 4 especies endémicas. En las lomas se encuentra chaparral, representado por mezquites y en las partes altas vegetan bosque de encino y bosques mixtos de pino-encino.
Las reservas biológicas son ecosistemas pequeños, con abundante flora y fauna única.
El Valle de Cuatrociénegas es uno de los lugares con mayor concentración de especies endémicas y se encuentra dentro del desierto coahuilense. Fue decretado por el gobierno federal como área natural. En las pozas se pueden realizar diferentes actividades, como buceo, ciclismo de montaña, fotografía de paisaje, subacuática y de vida silvestre; campismo y rápel; sin olvidar las posibilidades de investigación de las formas de vida que allí se encuentran.
Varios grupos y líderes trabajan por la protección de este ecosistema prioritario, incluyendo a Pronatura Noreste. La organización es propietaria de una reserva privada en el valle, llamada Pozas Azules y lleva a cabo diversos proyectos, que incluyen la protección de especies nativas, incluyendo estromatolitos, la erradicación de flora y fauna invasora, así como iniciativas de desarrollo comunitario y agricultura de uso eficiente de agua, combinada con técnicas orgánicas.
Las pozas de Cuatrociénegas son especiales por mantener una cadena alimenticia análoga a la de hace 550 millones de años, porque sus microorganismos tienen afinidades con especies marinas que posiblemente sean descendientes directos de los antiguos mares someros de la zona. Además, se adaptan para vivir en condiciones extremas, como la carencia casi total de fósforo en sus aguas y la alta incidencia de radiación solar. Por eso, la NASA considera a Cuatrociénegas uno de los pocos ecosistemas modelo que permiten entender la evolución de la Tierra primitiva y diseñar estudios en torno a la posibilidad de vida en otros planetas, como Marte.
Dada esa riqueza, Cuatrociénegas equivale en tierra a lo que son las Islas Galápagos, según revela el investigador Luis E. Eguiarte, pues ambos lugares son un laboratorio sobre la evolución de las especies. Sin embargo, en 2000 se comenzó a extraer agua de una zona aledaña a Cuatrociénegas, Valle del Hundido, y de áreas vecinas, como Ocampo-Calaveras, entre otras, para sembrar alfalfa destinada a la ganadería, y se eliminó su vegetación original para nivelar los terrenos y cultivar forraje.
Es una árida cuenca intermontañosa, rica en yeso, con numerosos manantiales, cuya agua puede ser cálida o fría y formar pequeños charcos o lagunas grandes y profundas, aisladas o conectadas. Por la complejidad espacial y evolutiva de los organismos que ahí subsisten, Cuatrociénegas es considerado a nivel global un humedal prioritario para su conservación. En 1994 se decretó el Área de Protección de Flora y Fauna, con una extensión de 84.347 hectáreas.
Existen ahí especímenes que durante cientos de años se creyeron extintos, hasta que algunos científicos estadounidenses empezaron hace años a “redescubrirlos”, haciendo a partir de entonces verdaderas expediciones al Valle de Cuatrociénegas, con meses de duración, durante los cuales permanecían sumergidos en las azules pozas, observando y anotando detalles y costumbres del ir y venir de especies que hoy por hoy solo existen en este valle.
