水体 九段沙水域的盐度受长江水情影响。枯水季节（12月）被高盐度咸水控制，丰水季节（8月）主要受淡水控制。九段沙西部以长江水影响为主，而东部受海水的影响大。
九段沙水体的溶解氧、高锰酸钾指数、氨氮、硝酸盐、氮、油类、挥发酚、铅、铜、镉、汞、铬等指数符合国家海水一类水质标准。磷酸盐含量变化较大，上沙、中沙有轻度磷酸盐污染，下沙东部磷酸盐污染较重。另外，该水域受到一定程度的锰、铁污染。总的来说，除河口常见的营养盐污染外，九段沙附近水域的水质环境条件目前尚未受到严重污染，还保持着较好的水质环境条件。
底质 对九段沙及其周边水域底质中重金属元素和相关项目的检测包括铜、铅、锌、镉、铬、汞、砷、石油类、硫化物、有机质十个项目。结果表明，除其中有机质含量超过第三类污染标准和铬有25%超标外，其余诸项均在底质第一类标准范围之内。这表明九段沙的底质保持良好的环境状况。 九段沙及附近水域共记录到藻类植物118种及变种，隶属于7门57属。其中种类最多的是硅藻门，有37属85种，占总数的72.0%；其次是绿藻门，有9属18种，占总数的15.3%；蓝藻门7属7种，占5.9%。本次调查共记录到藻类植物102种及变种，隶属于5门47属。其中种类最多的是硅藻门，有30属76种，占总数的74.5%；其次是绿藻门，有8属17种，占总数的16.7%；蓝藻门5属5种，占4.9%；甲藻门3属3种，占2.9%；金藻门1属1种，占1.0%。九段沙的藻类资源具以下特点：
硅藻是浮游植物主要类群 九段沙周围水域的浮游藻类以硅藻为主，无论是种类还是生物量都呈绝对的优势。从种类上看，在102个分类单位中，硅藻占74.5%，从生物量上看，硅藻平均占94.69%；从常见种类上看，除绿藻门的单角盘星藻以外，其余都是硅藻门的成员。
海生种类多、淡水种少 九段沙周围水域的浮游藻类的种类以普生海洋及沿岸浮游硅藻为主，在常见硅藻种类中，除颗粒直链藻（Melosira granulata (Ehr.) Ralfs）及其变种以外，都是海生种类，尤其是广盐性、广温性分布的中肋骨条藻（Sielitonema costatum Grev.）最多，是九段沙周围水域的优势种。淡水种类只有硅藻门的颗粒直链藻及其变种、绿藻门的单角盘星藻（Pediastrum simplex Meyen）及其变种比较常见以外，其余种类都比较少见或偶然见到。
种类数和个体数偏少 虽然在九段沙周围水域见到的浮游植物有100多种，但大部分种是很少见的，许多种类是来自长江淡水或随潮水来自海洋，它们在该水域难以长久生存，只是尚未死亡的残留个体，所以真正能在该水域正常生活得的浮游植物的种类并不多；另一方面，在同一水团中浮游植物的种类数也较少的，平均生物量为17.13×104个/L，而相似营养程度海洋浮游生物的生物量和淡水中的浮游生物量都要高于这个数字。 九段沙的植物资源具有以下特点：一、种类和群落类型少，九段沙成陆时间很短，各植物群落都处于形成、发展、演替的最初阶段；二、快速演替，长江带来的大量泥沙在九段沙淤积，使得九段沙滩涂快速发育，加上适宜的环境条件，使九段沙植物区系和植被不断快速演替；三、自然性，九段沙人类干扰极少，除中沙部分区域有人为种植的互花米草外，大部分区域的植被演替都在自然状况下进行；四、植被结构简单性，由于九段沙的自然地理条件及其原生性、自然性等特征，造成了九段沙植被结构极为简单。
植物区系 九段沙自然保护区内共有高等植物17种，均为被子植物，分属7科15属，其中双子叶植物3科3属3种，单子叶植物4科12属14种。根据《中国植被》的植被区划，九段沙应属于亚热带常绿落叶阔叶林区域、东部（湿润）常绿阔叶林亚区域、北亚热带常绿、落叶阔叶混交林地带、江、淮平原、栽培植被、水生植被区。九段沙植被地带性不明显，均为隐域性成分。
植被类型 参照《中国植被》1980年的分类方法，本区植被分为1个植被型组（A）、1个植被型（B）、3个群系（C），在主要的群系内划分群丛（D）。
九段沙植被面积为3239.06hm2，其中中国特有种海三棱藨草群落面积2591.47hm2，是中国最大的分布区。九段沙植被生物量约为1.00×108kg。如今九段沙植被发育迅速，植被面积正以每年210 hm2的速度增长。 九段沙区域记录到的浮游动物有110种，其中桡足类54种，枝角类34种，原生动物4种，轮虫4种，毛颚类3种，十足目4种，糠虾目1种。浮游动物主要为甲壳动物桡足类，常见种有火腿许水蚤、中华哲水蚤、中华窄腹剑水蚤、虫肢歪水蚤、中华胸刺水蚤、真刺唇角水蚤、汤匙华哲水蚤、广布中剑水蚤、中华原镖水蚤和近邻剑水蚤。另外，糠虾、中国毛虾和晶囊轮虫.也在监测的水域内有分布。
九段沙湿地自然保护区位于长江口羽状锋区和最大浑浊带水域，其浮游动物的种类组成、优势种、群落结构、生物数量分布和季节变化情况与附近水域一样，受到长江水流和东海潮流的控制，具有典型的河口湿地物种的特征。九段沙浮游动物资源状况与河口水文条件、浮游植物状况、渔业资源的开发利用以及河口环境污染等具有密切的关系，是长江河口湿地生态系统环境状况的重要指标性物种，对湿地生态环境状况监测具有重要的意义。 本次考察，在九段沙湿地自然保护区共记录到底栖动物130种，涵盖了已发现的长江河口湿地中的大型与小型底栖动物的98%。底栖动物资源具有以下特点：
具有长江河口湿地底栖动物的典型代表性 按分布区域划分，在上沙记录到潮间带大型底栖动物18种，中沙23种，下沙22种。数量以下沙最为丰富，达到每平方米6291个。物种排列丰度曲线表明中沙与下沙物种多样性没有显著差异，但它们的多样性均高于上沙。各沙洲潮间带大型底栖动物数量与种类均以软体动物最多，甲壳动物次之，接着为环节动物。尽管保护区底栖动物的物种种类较少，但是却具有很高的密度。其组成和特点反映了长江河口湿地底栖动物生物多样性的特征，具有长江河口湿地底栖动物的典型代表性。
大型底栖动物的多样性高于崇明东滩 按生境类型划分，在藻类盐渍带记录到大型底栖动物10种，海三棱藨草带（稀）记录到17种，海三棱藨草带（密）记录到22种，互花米草群落中记录到21种，芦苇群落中记录到11种。藻类盐渍带与芦苇群落的大型底栖动物的生物多样性比其它三种生境低。自然保护区大型底栖动物物种数、密度、各项α生物多样性指数以及软体动物的密度受到生境特征的显著影响。对九段沙和崇明东滩潮间带大型底栖动物生物多样性的比较表明，九段沙大型底栖动物的生物多样性要高于崇明东滩（种类多，密度大）。
对长江口底栖动物资源的可持续利用具有十分重要的意义 底栖动物作为生态系统中的次级生产者，为鱼类、鸟类、大型无脊椎动物等提供了丰富的食物资源。自然保护区是中华绒螯蟹长江种群的产卵场所，同时又地处主要渔业对象安氏白虾和脊尾白虾的核心区，三疣梭子蟹的重要栖息场所。该区域几乎涵盖了长江口全部主要经济无脊椎底栖动物，并地处这些底栖动物分布的核心位置。
可见，上海九段沙湿地自然保护区是目前长江口湿地中底栖动物生物多样性最具原生性的地点，该自然保护区的建立对长江口底栖动物资源的可持续利用具有十分重要的意义。
