Území Mohelenské hadcové stepi leží v předhůří Českomoravské vrchoviny jihojihozápadně-jihozápadně od obce Mohelno v zaříznutém kaňonu řeky Jihlavy, který je pod Mohelnem hluboký 130 - 150 m. Rezervace se nachází v nadmořské výšce 260 až 385 m. Rozkládá se z největší části na příkrých, podélně výrazně rozčleněných a k jihu exponovaných skalnatých svazích údolí nad levým břehem řeky, v meandru zv. Čertův ocas. Území zčásti zabírá i mírné svahy a plošinu nad údolím.

 Převážně jižní expozice stepi a specifický geologický podklad přispěly k vytvoření specifických mikroklimatických podmínek. Poměrně úzké a hluboké údolí řeky, zahnuté do tvaru podkovy otevřené k jihu, je chráněno od severních a západních větrů a částečně i od východních. Proto je na stepi zima mírnější, životní formy se intenzivně rozvíjí již brzy zjara a vytrvají až do pozdního podzimu. Mimo to v každou roční dobu a skoro celý den dopadají paprsky za slunečného počasí skoro kolmo na některou část amfiteatrálně uspořádaných svahů. Hadcový podklad tuto energii přijímá v plné míře. Tmavé serpentiny jsou velmi výhřevné, jejich rozrušený povrch způsobuje snížení tepelné vodivosti, takže skalnatý povrch se vyhřívá na vysoké teploty, které jsou za slunných letních dnů mnohem vyšší než teplota vzduchu. Společně s vysýchavostí půd jsou tak vytvořeny podmínky pro teplejší a extrémně suché mikroklima, výrazně se odlišující od klimatických podmínek okolí. Reliéf terénu, geologické, edafické a klimatické podmínky vytvářejí tak na území stepi ekotyp se zcela specifickými vlastnostmi, nemající u nás obdobu.

 Specifické mikroklimatické podmínky - převažující jižní expozice a specifický geologický podklad - podmiňují výskyt reliktních rostlinných společenstev a výjimečný výskyt mnoha druhů organismů. Hadcová hornina svými fyzikálními a chemickými vlastnostmi podmiňuje výskyt především xerotermofytů, z nichž mnohé jsou zde extrazonálně, mimo oblast svého souvislého areálu, migrantů ponticko-panonských i submediteránních a výskyt drobných, ekofyziologicky zajímavých trpasličích forem některých druhů (nanismy), kterých zde bylo popsáno několik desítek, ale také dealpinských druhů, obývajících nejčastěji severní svahy.

 Některé nalezené druhy zde dosahují severní hranice svého rozšíření na jihozápadní Moravě, některé druhy zde mají absolutní severní či severozápadní areálovou hranici (Notholaena maranthae), jedinou nebo jednu z mála zachovalých lokalit v rámci ČR. Pro několik rostlin je území lokalitou klasickou, tzn. , že zde byly poprvé nalezeny a popsány jako nové taxony. Ze seznamu nalezených taxonů nižších rostlin zaslouží pozornost výskyt vzácných druhů lišejníků, společenstev aerofytních řas a překvapivé nálezy silicikolních mechorostů. V bohatém seznamu vyšších rostlin (celkem 260 taxonů) zaujímá prioritu kapradina Notholaena maranthae (jediná lokalita v ČR, kriticky ohrožený taxon).

 Dominantní dřevinou na mohelenské stepi jsou borovice vzácné formy Pinus silvestris hamata WILK, rostoucí na Kavkaze a Krymu. Podle ŠILHAVÉHO (1948) se jedná o potomstvo původního porostu, který se udržuje na Mohelenských stráních již po statisíce let. Ostrůvkovitě je mezi ně vtroušen Quercus petraea, který měl zřejmě v původní skladbě převahu. Obě dřeviny mají krnící a netvárný vzrůst, jsou roztroušeny skupinovitě až jednotlivě, pouze místy jsou menší plochy zapojených porostů. Po přerušení pastvy na území stepi došlo přirozeným náletem k postupnému rozšiřování borovice a k hojnějšímu vytváření zapojených skupin. Význačná je přítomnost teplomilných keřů.

Ekologickými podmínkami i charakterem vegetace se odlišuje tzv. skalní step na prudkých jižních svazích od krátkostébelnaté tzv. pastvinné stepi na náhorní plošině. Právě na pastvinné stepi bylo ve 20. letech zjištěno největší množství zakrslých trpasličích forem rostlin - nanismů, na skalní stepi se nanismy prakticky nevyskytují. Skalnatá pustinná step je význačná neobyčejně rychlou výměnou tvářnosti během vegetace.

Území rezervace má mimořádný význam pro ochranu genofondu nejen ČR, ale i celé Střední Evropy. Z hlediska botanického je v tomto směru významné i to, že území stepi u Mohelna leží téměř na hranici dvou fytogeografických oblastí, sucho- a teplobytné panonské a středoevropského území lesního. Proto se na tomto styčném území nachází zástupci obou oblastí, což značně přispívá k pestrosti obrazu nejen rostlinného, ale také živočišného, protože mnoho živočichů je vázáno na určité druhy rostlin. V rámci botanického spektra zahrnuje celkový počet zvláště chráněných druhů 25 zástupců, z toho mezi 3 kriticky ohrožené druhy rostlin patří Notholaena marantae a Asplenium adianthum - nigrum. Dále do této skupiny patří 9 silně ohrožených druhů a 13 ohrožených druhů. Vyskytuje se zde i dalších 37 druhů, které sice nejsou zvláště chráněny dle zákona, ale mají zde vysoký fytogeografický význam. Na území se vyskytuje největší populace silně ohroženého kavylu Stipa dasyphylla na Moravě. O velké druhové diverzitě rezervace svědčí i to, že zde bylo zjištěno 76 druhů sinic a řas a 318 druhů rostlinných nanismů.

 Lokalita je i významným stanovištěm živočichů. K významným živočichům se řadí ještěrka zelená (Lacerta viridis), ještěrka obecná (Lacerta agilis), užovka podplamatá (Natrix tessellata), užovka hladká (Coronella austriaca), užovka obojková (Natrix natrix). Na stepi se vyskytuje i sysel obecný, ale jeho populace je velmi slabá.

 Vlivem specifických mikroklimatických a edafických podmínek a výjimečného spektra rostlinných druhů je na území vázán vysoký počet bezobratlých, zvláště zástupců Hymenoptera (ze 107 ve střední Evropě žijících forem mravenců se jich na tomto území vyskytuje 91 - receptně zjištěno 52 druhů mravenců). Tato rezervace je nejbohatší na výskyt mravenců v ČR a jedna z nejbohatších v Evropě, a to mj. také díky tomu, že se zde nalézají jak submediteránní, tak pontomediteránní druhy, které tvoří cca 1/3 druhů. Většina z nich se zde nachází na severozápadní hranici výskytu. Lokalita je jedinečným stanovištěm pro rozmnožování hmyzu, zejména opylovačů. Významný je výskyt hmyzích nanismů (u čeledi denních motýlů), hmyzích společenstev na porostech kručinky chlupaté (Genista pilosa) a kavylů (Stipa sp.), teplomilných společenstev sarančí (Acrydoidea) a lepidopter (Zyganediae). Z chráněných druhů je možno uvést především kudlanku nábožnou (Mantis religiosa KO), ploskoroha (Ascalaphus macaronius KO), okáče skalního (Hipparchia briseis SO), otakárka fenyklového (Papilio machaon O) a otakárka ovocného ((Iphiclides podalirius O). Bylo zde také zjištěno 284 druhů pavouků, z nichž 10 druhů a 3 nové rody byly popsány z území rezervace. Obdobně druhově rozmanité jsou i další skupiny hmyzu.