Le site se trouve sur la rive gauche de l'Ourthe, sur le 'Chession', c'est à dire un plateau contourné par un méandre de la rivière, peu avant sa confluence avec l'Amblève. Ce plateau est entouré de versants rocheux abrupts. La majeure partie du site est établie sur les calcaires et dolomies carbonifères (Tournaisien et Viséen) du synclinal de Comblain-au-Pont. Au nord cependant apparaissent les psammites du Famennien.
Le Chession comporte une parcelle établie sur le rebord du plateau à l'endroit d'une ancienne terrasse de l'Ourthe et une parcelle formée surtout d'un versant très abrupt orienté vers le nord-est et en partie sur roche psammitique.
Les phénomènes karstiques sont nombreux dans la région. L'un d'eux est présent dans le site même du Chession, il s'agit de la grotte du Vampire (aussi appelée Trou du Marteau). Celle-ci s'ouvre à mi-hauteur sur le versant ouest de l'Ourthe, à la base d'une petite barre rocheuse. Son entrée a une forme ovale et mesure 1,8 m de haut pour environ 1 m de large. Son développement maximal est de 65 m avec une dénivellation n'excédant pas 5 m. Le couloir, orienté est-ouest, s'élargit nettement en trois endroits pour former autant de salles.
Les biotopes sont très variés. Du sud au nord, on rencontre tout d'abord la végétation xérique des rochers calcaires, puis la forêt de plateau, enfin la forêt de ravin ombragée établie en partie sur éboulis psammitiques.
Les parois rocheuses portent les espèces du Festucion pallentis, avec Festuca pallens, Melica ciliata, Hieracium glaucinum,...
Les replats rocheux sont colonisés par les plantes gazonnantes de l'Alysso-Sedion : Sedum album, Saxifraga tridactylites, Erophila verna, Arenaria serpyllifolia, Cerastium pumillum, C. semidecandrum, Arabis hirsuta subsp. sagittata, Potentilla neumanniana,...
Les pentes rocailleuses ensoleillées sont occupées par des pelouses très sèches (Xerobrometum et Mesobrometum) à Sesleria caerulea avec Bromus erectus, Seseli libanotis, Helianthemum nummularium subsp. nummularium, Scabiosa columbaria, Carlina vulgaris, Sanguisorba minor, Anthyllis vulneraria, Teucrium botrys, Melampyrum arvense, Hippocrepis comosa,...
Sur les lisières forestières et les ruptures de pentes ensoleillées se développent des fourrés thermophiles du Berberidion avec Berberis vulgaris, Cotoneaster integerrimus, Euonymus europaeus, Rhamnus cathartica, Cornus mas.
Le rebord du plateau est recouvert d'une chênaie-charmaie calcicole à Primula veris et Orchis mascula qui fait place, sur les dépôts de terrasse, à une chênaie-frênaie nettement plus mésophile dans laquelle se développent de nombreuses espèces dont Carex sylvatica, Senecio ovatus, Brachypodium sylvaticum, Poa nemoralis, Arum maculatum, Valeriana repens, Allium vineale, Listera ovata, Platanthera chlorantha. On note également Prunus padus dans le taillis et Stachys alpina dans une coupe forestière.
Dans la partie la plus élevée de la réserve, se trouvent de nombreuses excavations et des vestiges de tranchées qui sont recouverts de végétation. Sous les vieux Pinus nigra subsp. austriaca et P. sylvestris auxquels sont mêlés des Fraxinus excelsior, se développe un taillis constitué notamment de Tilia platyphyllos. Au sol, Hedera helix forment de vastes nappes mais les fougères y sont nombreuses (Asplenium scolopendrium, A. trichomanes, Athyrium filix-femina, Dryopteris filix-mas, D. dilatata, D. carthusiana, Polystichum aculeatum). Les espèces herbacées comptent plusieurs orchidées : Listera ovata, Platanthera bifolia, Platanthera chlorantha, Cephalanthera damasonium, C. longifolia et Neottia nidus-avis ainsi qu'une ombellifère discrète, Sanicula europaea; mais l'espèce la plus remarquable est cependant Actaea spicata qui est favorisée par les anciens déblais. Daphne mezereum est présent sous forme de plants disséminés.
Une très belle frênaie-érablière de ravin occupe le versant exposé au nord-est; elle est riche en Ulmus glabra, Tilia platyphyllos, Fagus sylvatica, Prunus avium,... Le bas de pente est occupé par des colonies d'Allium ursinum. Les éboulis sont remarquables par l'abondance d'Actaea spicata et des fougères qui, dans le profond ravin qui prolonge la réserve vers le nord, deviennent vraiment exubérantes : Polystichum setiferum, P. x bicknellii, Dryopteris affinis subsp. robusta, D. filix-mas, D. dilatata, D. carthusiana, Athyrium filix-femina, Asplenium scolopendrium. On y rencontre en outre Cardamine impatiens et Galium odoratum.
La grotte du Vampire héberge en hiver plusieurs espèces de chauves-souris (voir SGIB n° 1703).