保护区以由贝壳堤、牡蛎滩构成的珍稀古海岸遗迹和湿地自然环境及其生态系统为主要保护和管理对象的国家级海洋类型区域。主要保护对象为贝壳堤、牡蛎滩古海岸遗迹和滨海湿地。
贝壳堤
保护区东端有四道贝壳堤，它们和美国路易斯安那州贝壳堤、南美苏里南贝壳堤一起在地质界享有盛名，为世界三大著名贝壳堤。这四道贝壳堤是由潮汐、风浪将近海海底贝壳搬运、堆积、波筑而成。其走向基本平行于海岸线。四道贝壳堤的总跨度约36公里，相邻两堤间最大距离约18公里，南北方向绵延长达约60公里。它们自西向东（即由陆向海）依次分别称为第Ⅳ道、第Ⅲ道、第Ⅱ道、第Ⅰ道贝壳堤，序数越高的，形成的年代越早；第Ⅰ道贝壳堤北起天津汉沽区蛏头沽，经天津开发区、驴驹河、高沙岭、白水头直到大港区马棚口一带，距今约700-500年；第Ⅱ道贝壳堤北起东丽区白沙岭，向南经津南区邓岑子、板桥农场三分场至大港区上古林一带，距今约2500年；第Ⅲ道贝壳堤北起东丽区荒草坨，向南经崔家码头、巨葛庄、中塘直至薛卫台一带，距今约4000年；第Ⅳ道贝壳堤从北向南分布在大港区甜水井、大苏庄、树园子直到河北省境内，距今约5000年。贝壳堤的年代标志着渤海湾西岸古海岸线的大致位置，是古海岸及海、陆变迁的重要佐证和珍贵遗迹，是沧海桑田的真实记录。
牡蛎礁
牡蛎礁是保护区另一地质遗迹，形成于天津滨海平原海河以北，宁河县、宝坻县境内潮白河与蓟运河下游地带，其分布集中在宝坻南部、宁河中部及东部地区，最典型地段是宁河县表口村的牡蛎礁核心区。牡蛎礁是死的和活牡蛎的天然堆积体，牡蛎礁基本属于潮下带、半咸水泻湖河口环境的生物堆积体，形成于距今7000—3000年间。牡蛎礁由长重蛎和近江重蛎组成，剖面堆积层次清晰，最厚的可达5米，这在西太平洋各边缘滨海平原实属罕见。天津牡蛎礁规模，只有泰国曼谷以北帕秀美坦尼（Pathumtani）地区和美国路易斯安那州阿查法拉亚（Atchafalaya）湾,泡特费克斯（Point Au Fex）岛的牡蛎礁可与之相比，但是，迄今为止，还没有发现其它类似天津厚达5米的牡蛎礁堆积层。牡蛎礁堆积掩埋的过程也反映了该地区的海、陆变迁史。牡蛎礁和贝壳堤一样是天津自然保护区独具特色的古海岸遗迹。 据不完全统计保护区现有鸟类180多种；其中国家一级重点保护鸟类10余种，世界濒危鸟类红皮书中的濒危鸟类6种，亚太地区具有特殊意义迁徙水鸟名录中的鸟类5种；爬行类动物6种；两栖类动物4种；甲壳类8种；环节类2种；哺乳类动物5目6科13种；软体类2纲19科28种；鱼类7目9科50种；昆虫类10目56科155属164种；植物种类44科114属165种。
（以上数据截止2009年）
