Природный парк «Ландшафт долины реки Ксёма» находится в пределах Протвинской низины. Преобладающим типом ландшафта в его границах является пологоволнистая пологонаклонная водноледниково-аллювиальная равнина, образованная отложениями среднего плейстоцена, которые представлены основной мореной московского оледенения (на водоразделах), а также песчано-гравийными породами и алевритами водно-ледникового генезиса эпохи дегляциации московского ледника. Днище долины реки Ксёма сформировано поймой и первой надпойменной террасой верхнего плейстоцена – голоцена, сложенными аллювиальными образованиями в основном супесчаного состава. Коренные породы территории образованы глинами и известняками тарусского и стешевского горизонтов, а также известняками с прослоями кремней протвинского горизонта серпуховского яруса нижнего карбона. Почвы, развитые в пределах природного парка, - преимущественно дерново-подзолистые, смытые, местами слабоглеевые на супесчаной основе; в пойме и на первой надпойменной террасе реки Ксёма – дерновые луговые.
Гидрологическая структура природного комплекса принадлежит бассейну реки Ока. В его границы входит часть реки Ксёма, которая является одним крупнейших притоков Лужи. Протяжённость Ксёмы составляет 19 км, площадь водосборного бассейна – 103 км². В районе дер. Ищеино и дер. Шувалово Боровского района Калужской области на реке сооружен искусственный водоём площадью 21,7 га.
Растительность природного парка представлена преимущественно зарастающими залежами на водоразделе к югу от долины Ксёмы, залесенными склонами долины и открывающимися в неё оврагами и сообществами с преобладанием влаголюбивых видов близ берегов пруда и реки. На склонах долины вдоль водоёма местами отмечены небольшие поляны и луговины.
Основу растительного покрова территории составляют осиново-берёзовые и берёзовые леса, представленные по склонам долины Ксёмы, верховьям и склонам в нижней и средней части оврагов и небольшим сохранившимся участкам на водоразделах, местами с примесью липы мелколистной и дуба черешчатого. В подросте их встречается клен остролистный, единично – ель обыкновенная. Подлесок состоит из лещины обыкновенной с участием жимолости лесной, бересклета бородавчатого, калины обыкновенной, малины обыкновенной и крушины ломкой. В травяном покрове преобладают виды широкотравья: осока волосистая, зеленчук жёлтый, звездчатка жестколистная, сныть обыкновенная, щитовник мужской, копытень европейский, перловник поникший, бор раскидистый, ветреница лютичная; отмечены мицелис стенной, адокса мускусная, купена многоцветковая, костяника, ландыш майский, голокучник обыкновенный и смолёвка двудомная.
В низовьях оврагов по бортам и на прилежащих водоразделах произрастают липово-берёзовые с осиной лещиновые широкотравные леса, в днищах – черёмухово-сероольховые и липово-сероольховые влажнотравные леса с участием кочедыжника женского, гравилата речного, яснотки пятнистой, чистяка весеннего и селезёночника очерёднолистного; местами – с зарослями страусника обыкновенного.
Изредка по бортам оврагов отмечены елово-берёзовые лещиновые широкотравные леса, а близ берегов пруда развиты вязово-сероольховые с черёмухой широкотравно-влажнотравные леса с участием чёрной смородины в подлеске и хмелем обыкновенным. В составе их травостоя выявлены крапива двудомная, пролесник многолетний, будра плющевидная, воронец колосистый, звездчатка дубравная, хвощ лесной, щавель туполистный, норичник шишковатый и петров крест.
Небольшими фрагментами по склонам в средних и нижних частях оврагов представлены дубово-берёзовые и дубово-берёзово-липовые с осиной и елью широкотравные леса, в составе которых отмечены колокольчик широколистный, чина весенняя, вороний глаз, фиалка удивительная и хохлатка промежуточная.
Местами, преимущественно в восточной половине территории, встречаются елово-берёзовые, местами – с осиной и единичной примесью дуба черешчатого, широкотравно-папоротниковые, реже – зеленчуковые леса, возраст отдельных деревьев ели обыкновенной в которых значительно превышает 100 лет.
В северо-западной части природного парка, выше по течению запруженной части реки, произрастают елово-берёзовые и осиново-берёзовые с елью обыкновенной кисличные и кислично-широкотравные леса, в сложении травяно-кустарничкового яруса которых участвуют живучка ползучая, зеленчук желтый, копытень европейский, мёрингия трёхжилковая, герань Роберта, лютик кашубский, щитовники – мужской и игольчатый. Единично отмечена черника обыкновенная.
По склонам небольших овражков пятнами представлены берёзово-еловые с дубом черешчатым лещиновые широкотравные леса с участием ветреницы лютичной. В днищах встречены сероольховые влажнотравные леса с участием черёмухи обыкновенной и рябины обыкновенной в сочетании с зарослями влажнотравья, образованными крапивой двудомной, таволгой вязолистной, кочедыжником женским, дудником лесным и валерианой лекарственной. Местами найдены заросли малины.
Небольшими пятнами по понижениям на водоразделах отмечены сероольховые (с единичной черёмухой обыкновенной и осиной) с елью обыкновенной в подросте влажнотравно-крапивные леса, в травостое которых заметную роль играют чесночница черешковая и подмаренник цепкий. Местами по окраинам лесных массивов встречаются сероольховые сорнотравные леса.
Залежь занята густым молодым лесом высотой до 8–10 м. В его составе преобладает берёза при значительном участии ивы козьей и примеси осины и ольхи серой. Единично встречается подрост ели обыкновенной и липы мелколистной высотой до 0,7 м. Местами выражен подлесок из ивы ушастой, рябины обыкновенной, малины обыкновенной и бузины красной. В разреженном травяном покрове доминируют луговые и лугово-опушечные виды: купырь лесной, вербейники – обыкновенный и монетчатый, ежа сборная, марьянник дубравный, щучка дернистая, лютик ползучий, буквица лекарственная и дудник лесной.
Среди молодого леса и по его окраине выявлены пятна разнотравно-злаковых лугов, образованных ежой сборной, вейниками – наземным и тростниковидным, овсяницей луговой, земляникой лесной, вероникой дубравной, гравилатами – речным и городским, зверобоем пятнистым, колокольчиком раскидистым, подмаренником мягким, геранью луговой, васильками – шершавым и луговым, фиалками – полевой и собачьей и иван-чаем узколистным. Единично здесь также отмечены любка двулистная и колючник Биберштейна, по опушкам найдена земляника мускусная.
На прилежащих к пруду луговинах преобладают разнотравно-злаковые сообщества с участием вероники дубравной, клеверов – ползучего, лугового и гибридного, одуванчика лекарственного, манжетки обыкновенной, лапчатки гусиной, тимофеевки луговой, мятликов – лугового и обыкновенного, лютика золотистого, горошка заборного, василисника водосборолистного и лисохвоста лугового. Встречаются подорожник большой, лютик едкий, ясколка дернистая, тысячелистник обыкновенный, чистотел большой, лопух паутинистый и другие виды.
Близ плотины на левобережном склоне к пруду представлен суходольный злаково-бобово-разнотравный луг с участием таких видов растений, как: овсяницы – луговая и красная, лядвенец рогатый, земляника зеленая, клевера – средний и луговой, подорожники – средний и ланцетный, истод хохлатый, козлобородник луговой, поповник обыкновенный, лапчатка серебристая, репешок обыкновенный. На склоне единично встречаются яблони и кусты шиповника майского.
Вдоль берегов пруда представлены серовейниково-рогозовые сообщества в сочетании с зарослями хвоща приречного, в сложении которых принимают участие сердечник зубчатый, белокрыльник болотный, осока вздутая, таволга вязолистная, лютик ползучий, частуха подорожниковая, зюзник европейский, паслён сладко-горький, кизляк кистецветный, ситник скученный и камыш лесной; местами – стрелолист обыкновенный и манник плавающий. Встречаются также пятна тростника обыкновенного. Единично отмечена ольха серая; группами растёт ива пепельная.
В пруду на реке Ксёма выявлены сообщества гигрофитов – элодеи канадской, ряски малой, кубышки жёлтой и водокраса лягушачьего, а близ его берега встречены крупные кочки осоки дернистой.
Всего во флоре сосудистых растений природного парка «Ландшафт долины реки Ксёма» зарегистрировано 262 вида, среди которых 1 вид (хохлатка промежуточная) занесён в Красную книгу Калужской области и 3 вида (пальчатокоренник Фукса, смородина колосистая и волчеягодник обыкновенный) включены в региональный перечень (список) уязвимых видов, нуждающихся в особом контроле за их состоянием.
Фауна особо охраняемой природной территории, для которой характерно смешение фаунистических комплексов тайги и широколиственных лесов, достаточно богата и насчитывает 229 видов беспозвоночных животных, 11 видов рыб, 3 вида земноводных, 61 вид птиц и 14 видов млекопитающих.
В населении млекопитающих преобладают мышь полевая, полёвка обыкновенная и крот обыкновенный; реже встречаются заяц-беляк, лисица обыкновенная, кабан, олень пятнистый, лось европейский, бобр обыкновенный, ондатра и регионально редкая выдра речная. Из птиц обычны синица большая, зяблик, пеночки (теньковка и весничка), славки (серая и черноголовая), трясогузка белая, дрозды (черный, певчий и рябинник), дятел большой пёстрый и другие виды. Посещают территорию, используя её в качестве места отдыха и кормовых угодий, аист белый, лунь полевой, журавль серый, крачка речная и сова болотная, занесённые в Красную книгу Калужской области. Земноводные представлены всего 3 видами – жабой серой и лягушками – травяной и прудовой. В реке Ксёма и пруду обитают щука обыкновенная, лещ обыкновенный, гольян речной, карась золотой, плотва обыкновенная, окунь речной и другие виды рыб.
Беспозвоночные животные природного комплекса очень многочисленны. Большинство из них (таракан лесной, лютка зеленоватая, уховертка обыкновенная, кузнечик серый, пенница ивовая, водяной скорпион, клоп итальянский, щитник зеленый, нехрущ июньский, бронзовка золотистая, божьи коровки, крушинница, крапивница, адмирал и т.д.) относятся к типичным для региона видам. Но выявлены среди них и единичные экземпляры редких и находящихся под угрозой исчезновения видов, занесенных в Красную книгу Калужской области. Например, на сухой опушке мелколиственного леса встречена кобылка бескрылая, на ксеро-мезофитном лугу – дрипта зубастая, по прибрежной и береговой растительности (вейниково-рогозовые сообщества с зарослями хвоща приречного) в верховьях пруда найдена одаканта чернохвостая, а в воде на прибрежных макрофитах – ранатра палочковидная.
Современное состояние природного парка «Ландшафт долины реки Ксёма» в целом оценивается как удовлетворительное, несмотря на рекреационную нагрузку, оказываемую на него жителями близлежащих населенных пунктов в весенне-летнее время. В его границах располагаются разнообразные природные объекты, отличающиеся достаточно высокой степенью устойчивости и сочетающие искусственный водоём с террасированным рельефом речной долины, частично покрытой живописными лесными массивами. По сути, он является уникальным, хорошо сохранившим свои биоценозы природным комплексом и имеет большую ценность для сохранения биологического разнообразия в антропогенно нарушенной северной части Калужской области.