У далекому геологічному минулому Медобори були морським рифом, що простягався уздовж східного узбережжя теплого сарматського моря, яке займало територію сучасної Подільської височини. Риф утворився з відкладів скелетів давніх молюсків, коралів, моховаток, різноманітних водоростей та інших організмів.
Під впливом горотворення в Карпатах територія Подільської височини піднялась, море відступило на південний схід. На його колишньому дні й залишився риф у вигляді гірської гряди. Пізніше, в умовах теплого клімату, на її схилах розвинулась різноманітна рослинність.У Медоборах є багато карстових печер, зокрема на території Тернопільської області знаходиться друга у світі за довжиною печера Оптимістична.
Товтри мають мальовничий краєвид, провали (найкрасивіший провал Збруча), карстові явища. Круті прямовисні часто гострі (білого і сірого кольору) скелі чергуються з пологими схилами, гребне-подібні вершини переходять у затишні долини.
Ще в недалекому минулому Медобори були вкриті дубовими лісами, але за часів Польської та Радянської “імперії” переважна більшість їх була знищена. На місці прадавніх дібров залишилися молоді грабняки та оголені схили, які піддавалися ерозії. Зникло багато видів рослин, птахів, звірів.
Багата флора Медоборів налічує понад 1100 видів вищих судинних рослин із значною часткою рідкісних, ендемічних, реліктових і погранично ареальних видів, з яких 120 є регіонально рідкісними, 29 занесено до Червоної книги України. Місцева флора багата також на медоносні, лікарські та вітамінні рослини.
Склад лісів дуже різноманітний. У деревостані панують дуб і граб. Поряд з ними ростуть дуб скельний, ясен, явір, бук, клен гостролистий, липа серцелиста, черешня, в’яз, береза, осика тощо. У підліску переважають бруслина бородавчаста та європейська, ліщина звичайна, свидина кров’яна, гордовина, глід, трапляються смородина чорна, аґрус відхилений. Трав’яний покрив лісів має різну густоту залежно від типу лісу та зімкнутості деревостану. Його утворюють яглицяосока волосиста, підмаренник запашний з участю копитняку європейського, зірочника ланцетолистого, підлісника європейського, анемони жовтецевої та дібровної, герані, фіалки, рівноплідника рутвицелистого, медункикупин багатоквіткової та широколистої, жовтців шорсткого та кашубського, переліски багаторічної, папороті.
Особливу цінність становлять ділянки степової, лучно-степової та наскельно-степової рослинності з рідкісними формаціями осоки низької, ковили волосистої та пірчастої. Тут крім характерних степових росте багато ендемічних видів: шавлія кременецька, шиверекія подільська, змієголовник австрійський, аконіт кущистий і шерстистовусий, ясенець білий, ковили пірчаста та волосиста, вівсюнець Бессера, ломиніс цілолистий, півники угорські, цибуля подільська, молочайзіноваті біла, подільська та Блоцького, відкасник осотоподібний.
Тваринний світ Товтрів теж надзвичайно багатий. Тут поширені всі фонові види Подільсько-придністровського зоогеографічного району. Це понад 1200 видів комах, 11 земноводних, 4 плазунів, 176 птахів, 32 ссавців. Поряд із звичними зустрічається багато рідкісних видів тварин. До Червоної книги України занесено 15 видів комах, серед яких махаон, мнемозина, перелівниця велика, жук самітник, жук олень, сатурнія руда. Досить численними є земноводні.
Найчисленнішою є група птахів. Насиченою є група хижих птахів: сови, яструби, канюки, соколи. Особливу цінність становлять рідкісні види, занесені до Червоної книги України. У гніздовий період тут можна зустріти орла карлика, підорлика малого, пугача, луня польового, на зимівлю прилітають сорокопуди сірі, іноді сова довгохвоста, сапсан, на перельотах лелека чорний, журавель сірий. Трапляються козулі, кабани, дуже рідко – лось. Звичними є лисиця, куниця лісова, тхір, їжак, борсук. Особливу групу становлять рукокрилі, які населяють переважно невеликі печери та ніші.
З метою збереження особливо цінних геологічних пам’яток природи, рідкісних видів тварин та рослин, в 1990 році на базі Подільських Товтр було організовано державний заповідник “Медобори”. Це наразі єдиний заповідник у Тернопільській області і один з найбільших в Україні загальною площею 10454 гектари.