Le site commence au confluent de la Bonne et du Hoyoux. La Bonne située un peu plus haut que le Hoyoux, le rejoint par une cascade formant vers l'aval, une marmite d'érosion. Le Hoyoux recoupe les assises typiquement condrusiennes des calcaires dinantiens et des psammites famenniens faillés qui forment tiges et chavées. Ensuite, en aval, il traverse le Frasnien, le Givétien, le Couvinien et l'Eodévonien de l'Ardenne condrusienne. Son cours est en général très encaissé.
La vallée du Hoyoux montre un des plus beaux travertins fossiles du pays. En effet, dans le bas de la vallée à Vierset-Barse existe un dépôt long de 1,2 km, de large d'une centaine de mètres et épais d'une douzaine de mètres qui a été exploité jadis.
D'autre part le cours de la rivière est barré par des travertins encore en activité, particulièrement pittoresques. Ces travertins se présentent sous deux faciès :
a) un faciès cohérent ou de cascade dans les eaux rapides;
b) un faciès meuble détritique dans les eaux calmes.
Il faut noter que des dépôts de travertin se forment non seulement dans la partie calcaire de la vallée, mais également dans la partie éodévonienne et que l'on peut observer des blocs de poudingue recouverts d'incrustations calcaires.
La vallée du Hoyoux est une coupe géologique classique.
Dans le cours du Hoyoux, les travertins se forment grâce à l'activité de l'algue Phormidium incrustatum et de divers bryophytes (Fissidens mildeanus...). Une fois les barrages devenus relativement importants, une végétation peut s'y installer, principalement des colonies de Petasites hybridus. Cette espèce y était jadis florissante comme en témoignent des photos anciennes. Récemment, il semble cependant qu'elle soit en recul et certains barrages en sont maintenant dépourvus.
L'eau du Hoyoux abrite des herbiers de Ranunculus fluitans (CORINE 24.4) avec dans les eaux moins profondes, des peuplements de Berula erecta.
Les îlots formés dans le cours de la rivière sont envahis par diverses espèces palustres dont Nasturtium officinale, Chrysosplenium oppositifolium, Cardamine amara (CORINE 53.4 et 54.111), Iris pseudacorus, Epilobium hirsutum, Filipendula ulmaria, Angelica sylvestris...(CORINE 37.7) et divers arbres et arbustes comme Alnus glutinosa, Fraxinus excelsior, Viburnum opulus, etc.
La plaine alluviale est occupée par des saussaies à Salix alba, des aulnaies, des frênaies-aulnaies dans lesquelles on trouve une belle flore herbacée : Gagea lutea, Anemone ranunculoides, Lathraea squamaria, Allium ursinum, Corydalis solida, Primula elatior, Arum maculatum, Ranunculus ficaria subsp. bulbilifer, Crepis paludosa et bien d'autres espèces encore. Ce dernier groupement fait partie de l'ormaie-frênaie à aegopode décrit par NOIRFALISE (1961, relevés 23 et 24 du tableau III) (CORINE 44.33).
Une vaste colonie de Lunaria rediviva est présente également à Roiseu.
Diverses sources et suintements jalonnent le bas de la vallée. Ils sont occupés par des populations de Carex pendula accompagné de Carex sylvatica, C. remota, Caltha palustris, Stellaria uliginosa,... C'est là que poussait Hypericum androsaemum, jadis abondant dans la vallée et dont on ne connaît plus actuellement que quelques pieds, le long de l'ancienne voie de chemin de fer qui remonte la vallée (CORINE 44.9113).
Les couches de travertins fossiles sont surmontées de dépôts limoneux ou limono-calcaires occupés par des prairies pâturées dans lesquelles on observe quelques espèces calcicoles : Sanguisorba minor, Knautia arvensis, Potentilla neumanniana, Ranunculus bulbosus, Plantago media, Primula veris, Origanum vulgare, Daucus carota, Inula conyzae, Carex caryophyllea.
En dehors de la rivière et de ses berges, l'ensemble de la vallée du Hoyoux est particulièrement intéressante. La diversité des assises géologiques, l'orientation variée des versants créent une grande quantité de biotopes très contrastés, régulièrement visités par les naturalistes. Pelouses calcaires, pelouses siliceuses à Festuca heteropachys, forêts mélangées de ravin, etc. en sont quelques exemples.
Depuis l'oppidum de Pont-de-Bonne, divers monuments jalonnent la vallée : château de Roiseu, ferme château de Vieux-Barse, etc.