Акваторія лиману є однією найчистіших водойм Причорномор'я і є одним з небагатьох водно-болотних угідь, де збереглися сьогодні природні приморські ландшафти; його екологічна система має унікальні умови для життя тваринних і рослинних організмів.
Тилігульський лиман належить до групи лиманів північно-західного Причорномор'я міжріччя Дністер-Дніпро. Це лиман напівзакритого типу. Він відокремлений від морської акваторії пересипом із штучним каналом для зв'язку з морем.
Узбережжя Тилігульського лиману є місцем нагулу, гніздування та відпочинку мігруючих птахів. Їх загальна кількість досягає 56000 особин. Серед птахів, що живуть на Тилігулі, є чимало таких, що занесено до Червоної книги України: великий та середній кроншнепи, ходуличник, морський зуйок, кулик-сорока, дерихвіст степовий, дерихвіст лучний, дрофа, косар та інші. В період міграцій та зимівлі зустрічаються баклани малі, пелікани рожеві, лелеки чорні та інші.
Різноманітним є рослинний світ лиману. Завдяки унікальним умов, що склалися в межах Тилігулу, там є рослини, яких занесено до Червоної книги України, а також західнопричерноморських і причорноморських ендемічних видів. Зокрема, ковила українська, ковила Лесінга, волосатик, метлюг приморський, пирій азовський, астрагал дніпровський. Ці рослини зустрічаються виключно на теренах лиману.
Фауна Тилігулу теж досить цікава та різноманітна. З комах особливу цінність становить комплекс бджіл - запилювачів (більш ніж 30 видів), занесені до Червоної книги України види метеликів, прямокрилих, двокрилих. Є також унікальні види плазунів та ссавців, що знаходяться під особливою охороною: полоз жовточеревий, полоз чотирьохполозий, борсук, горностай, тхір степовий. Акваторія лиману має значні запаси риби, а також лікувальних грязей. На території знайдені цікаві археологічні пам'ятки.
Тилігульський лиман є надзвичайно перспективним об'єктом з точки зору розвитку рекреаційної та курортної справи, промислового рибальства, туризму.
