Le site se trouve dans la vallée de la Haine, au sud-est du village de Douvrain. Il prolonge, vers le nord-est, la réserve naturelle des Marionville. Connu depuis très longtemps pour son très grand intérêt botanique, ce marais a été presque totalement détruit entre 1935 et 1976. Il a en effet été recouvert par les terres de creusement du canal Nimy-Blaton, ensuite par des terrils, enfin par des remblais destinés à recevoir un zoning industriel. Il est actuellement occupé par un étang, des marais, des prairies humides, des friches sur remblais schisteux et crayeux.
L'origine des zones humides de la vallée de la Haine est bien connue. A côté de la lente subsidence des terrains due au tassement des couches d'anhydrite dans les roches viséennes, de nombreux affaissements ont affecté la région Haine-Scarpe. Ils sont le résultat de l'exploitation de la houille et de l'effondrement des galeries abandonnées. A ces effondrements spectaculaires, il faut ajouter les effondrements causés par la surexploitation des nappes phréatiques. Enfin, le drainage profond des alluvions s'est accompagné d'un tassement des couches de tourbe.
Tous ces mouvements de terrain (subsidence, effondrements, tassements,...) survenant dans des vallées de pente très faible ont provoqué la formation de vastes zones marécageuses (voir DELESCAILLE et al., 1989).
Le marais de Douvrain représente l'une des principales zones humides de la vallée de Haine. On y trouve:
- un vaste étang;
- une vaste roselière à Phragmites australis;
- une magnocariçaie à Carex acutiformis dans les anses de la roselière;
- un groupement aquatique à Lemna trisulca et des herbiers d'hydrophytes à Hottonia palustris, Hydrocharis morsus-ranae, Myriophyllum spicatum, Ceratophyllum demersum;
- des prairies humides abandonnées, pâturées ou fauchées où sont présents notamment Oenanthe fistulosa, Carex nigra, Calamagrostis canescens;
- des remblais où se sont formées de petites mares à la flore très intéressante: Utricularia vulgaris, Potamogeton pusillus, P. pectinatus, Zannichellia palustris, etc.;
- un chemin humide constitué de remblais crayeux abritant Epipactis palustris, Dactylorhiza incarnata, Juncus compressus, Euphrasia officinalis subsp. rostkoviana.
Une étude des oiseaux nicheurs du marais de Douvrain a été menée entre 2002 et 2005 dans le cadre du Projet Life 'Avifaune des roselières de la vallée de la Haine' (DEROUAUX et al., 2008). Durant cette période, plusieurs espèces remarquables ont été notées:
- le râle d'eau (Rallus aquaticus), avec 7-16 cantons;
- la gorgebleue à miroir (Luscinia svecica), avec 16 cantons;
- la bouscarle de Cetti (Cettia cetti), avec 1 canton;
- la locustelle tachetée (Locustella naevia), avec 5-9 cantons;
- le phragmite des joncs (Acrocephalus schoenobaenus), avec 1-2 cantons;
- la rousserolle effarvatte (Acrocephalus scirpaceus), avec 16-28 cantons;
- le bruant des roseaux (Emberiza schoeniclus), avec 12-16 cantons.
On y rencontrait jadis également le grand butor (Botaurus stellaris), le blongios nain (Ixobrychus minutus), le busard des roseaux (Circus aeruginosus), la rousserolle turdoïde (Acrocephalus arundinaceus), la locustelle luscinoïde (Locustella luscinioides), toutes espèces actuellement très menacées et limitées actuellement au complexe des marais d'Harchies.
Le marais de Douvrain présente par ailleurs une importante diversité d'odonates: ainsi, près de 20 espèces ont été inventoriées en 2012, parmi lesquelles figure l'agrion délicat (Ceriagrion tenellum), espèce en légère expansion en Wallonie où elle demeure cependant très rare, ainsi que l'agrion nain (Ischnura pumilio), espèce pionnière assez rare (quoique bien présente dans la vallée de la Haine). Plusieurs éléments d'origine méridionale comme l'agrion mignon (Coenagrion scitulum), le leste barbare (Lestes barbarus) et le sympétrum à nervures rouges (Sympetrum fonscolombii) sont également visibles sur le site.
Sur la carte de Ferraris (fin du 18ème siècle), le site était occupé par des groupements végétaux apparentés aux tourbières.
Dans ces prairies humides, HOUZEAU de LEHAIE (1927) signalait encore Orchis morio, Dactylorhiza majalis, D. maculata, Gymnadenia conopsea et Coeloglossum viride ! Ces merveilles ont irrémédiablement disparu.