Cette réserve est située de part et d'autre du village de Marbay, le long de la vallée du ruisseau de Marbay (Commune de Neufchâteau). Nous nous trouvons ici à la limite entre les bassins de la Meuse (sites de Molinfaing et de Marbay) et du Rhin (via la Sûre, site de Beraumont).
Les propriétés des RNOB se présentent sous forme de plusieurs blocs de parcelles englobés dans des espaces très artificiels constitués de prairies amendées, de cultures diverses ou de plantations résineuses. L'altitude est de l'ordre de 430 mètres.
Ce site est inclus dans la Zone de protection Spéciale 'Ardenne méridionale et Haute-Sûre', désignée en application de la directive européenne 79/409.
Il s'agit d'un ensemble de parcelles très diversifiées qui abritent un grand nombre de formations végétales.
Au sud-est du village se développe une nardaie, accompagnée des espèces caractéristiques de ce groupement avec Potentilla erecta, Festuca filiformis, Polygala serpyllifolia, Thymus pulegioides. L'arnica, Arnica montana, est connu des villageois mais n'a pas été récemment observé.
La prairie alluviale du petit ruisseau de Marbay est colonisé par un bas-marais à Comarum palustre, Menyanthes trifoliata, Juncus acutiflorus, Carex nigra et C. rostrata ainsi que de belles plages de Scirpus sylvaticus. Des boules de saules (Salix aurita et S. cinerea) envahissent le site par endroit.
Dans les zones plus sèches et ouvertes pousse un pré semi-naturel de fauche à Angelica sylvestris, Cirsium palustre, Valeriana repens et Filipendula ulmaria avec également Persicaria bistorta et Deschampsia cespitosa. Les parcelles les plus en amont du village sont occupées par un pré mésophile et exploité avec entre autres Dactylis glomerata, Trifolium arvense, Plantago lanceolata et Heracleum sphondylium. La partie de la réserve située au nord-ouest du village est fort similaire mais plus dégradée et davantage colonisée par la végétation ligneuse (saules, aulnes et plantation de peupliers). Ici aussi, une des parcelles est une ancienne plantation d'épicéas récemment coupée en voie de colonisation par une végétation forestière.
De nombreuses espèces d'oiseaux se reproduisent dans la réserve de Marbay dont la Pie-grièche écorcheur, Lanius collurio, le Bruant des roseaux, Emberiza schoeniclus, la Fauvette grisette, Sylvia communis, la Rousserolle verderolle, Acrocephalus palustris et la Locustelle tachetée, Locustella naevia. L'envahissement du site par de nombreux buissons empêche actuellement le Tarier des prés, Saxicola rubetra, de s'y reproduire.
La plupart des terrains qui constituent ces sites sont ceux qui ont échappé à la reconversion agricole et forestière des cinquante dernières années. Les prairies semi-naturelles acquises par les RNOB étaient, avant la mécanisation agricole, exploitées de manière extensive en vue de la production de foin, aujourd'hui elles sont abandonnées.