Le Gros Tienne est une colline de calcaire dolomitique (Frasnien) limité au nord et à l'ouest par le ruisseau du Rond Pré, et au sud par un affluent anonyme, dont la confluence est située juste au pied du site. Le Rond Pré est un affluent de la Chinelle (bassin de l'Hermeton).
Le site est légèrement étiré dans la direction ouest-est. Sa longueur d'est d'environ 350 m et sa largeur de 200 m. L'altitude varie de 250 m au bord du ruisseau à 265 m sur le plateau.
Le site est en grande partie boisé (surtout feuillus, avec quelques parcelles enrésinées).
Le Gros tienne comporte un versant exposé au nord-ouest, un petit plateau, un versant sud-est et, de part et d'autre de la colline, deux étroites plaines alluviales.
Un transect du nord-ouest au sud-est permet de rencontrer :
- une remarquable frênaie alluviale dans la plaine du ruisseau de Rond Pré. Cette forêt, dont une frange étroite seulement fait partie de la réserve, regroupe de nombreuses espèces herbacées parmi lesquelles dominent Carex sylvatica, Deschampsia cespitosa, Stachys sylvatica, Poa nemoralis, Brachypodium sylvaticum, Polygonatum multiflorum, Glechoma hederacea, Geum urbanum, Filipendula ulmaria,...;
- une chênaie-charmaie riche en frêne et en Actaea spicata dans le bas du versant exposé au nord-ouest et une plantation à assez grand écartement de Pinus nigra subsp. austriaca et Pinus sylvestris mêlée de bouleaux (Betula pendula et Betula pubescens). La chênaie, dominée par Mercurialis perennis, voit apparaître quelques espèces thermophiles dans le haut de la pente. Quelques pieds de Daphne mezereum y sont présents;
- quelques ares de pelouses en voie d'embroussaillement rapide sur l'étroit plateau. Il s'agit d'un Mesobrometum à Festuca lemanii, Briza media, Carex flacca dans lequel domine une espèce d'ourlet forestier, Brachypodium sylvaticum. On note aussi Sanguisorba minor, Helianthemum nummularium subsp. nummularium, Galium verum, Potentilla neumanniana, Centaurea scabiosa, Scabiosa columbaria, Cirsium acaule, etc. De nombreuses plantules d'arbres ou arbustes y poussent. Des fourrés de Viburnum lantana, Corylus avellana, Betula pubescens, B. pendula, Crataegus monogyna, Rosa canina recolonisent rapidement le site, aidés par une nappe de Ligustrum vulgare. Vincetoxicum hirundinaria, Viola hirta, Helleborus foetidus sont fréquents dans l'ourlet. Betula pendula et Betula pubescens sont parmi les pionnières les plus actives de la reforestation qui aboutit à une chênaie-charmaie riche en Fagus sylvatica;
- Une chênaie à charme à Mercurialis perennis, Primula veris, Anemone nemorosa,... sur le versant exposé au sud-est ;
- une frênaie où abondent les fougères (Athyrium filix-femina, Dryopteris filix-mas, D. carthusiana et diverses espèces mésophiles et hygrophiles.