Le Gros Tienne de Lavaux est une colline calcaire s'étirant selon un axe est-ouest et couvert pour une bonne part d'une végétation forestière, à l'exception de l'extrémité occidentale où se maintiennent, grâce à des mesures de gestion récurrentes, des pelouses calcicoles d'un très grand intérêt botanique et entomologique. Il s'agit sans doute d'un des sites les plus visités par les naturalistes en Lesse et Lomme et on dispose dès lors d'un grand nombre de données biologiques. Cet attrait s'explique notamment par présence d'un peuplement exceptionnel d'orchidées, probablement même le plus riche de toute la région avec 16 espèces répertoriées à ce jour (TYTECA, 2015).
La présence du rarissime Epipactis microphylla justifie à elle seule la protection du site. La population y est suivie depuis 2004 et fluctue d'une année à l'autre entre 5 et 19 individus. Ceux-ci poussent dans la lisière forestière au contact avec la pelouse principale. Cette orchidée se trouve en limite d'aire en Région wallonne et n'a été trouvée, en dehors du Gros Tienne, qu'en quelques rares autres localités où la plante n'a d'ailleurs plus été aperçue récemment.
D'autres orchidées, rares ou en situation critique en Lesse et Lomme, montrent au Gros Tienne un dynamisme remarquable, en premier lieu Orchis purpurea qui y pousse en centaines de pieds, et Orchis simia qui constitue ici l'une des trois seules populations importantes de la région (avec Pesire et le Roptai).
Le site est par ailleurs le seul à accueillir les trois Ophrys de Lesse et Lomme. D'autres taxons sont en situation précaire ou n'apparaissent que sporadiquement, comme Himantoglossum hircinum ou Dactylorhiza majalis (cette dernière espèce étant probablement disparue, les deux ou trois pieds trouvés au début des années 2000 en marge du Gros Tienne poussaient en effet au bord d'un drain dans une prairie qui fut par la suite fortement engraissée, D. Tyteca in litt.).
La diversité orchidologique du Gros Tienne favorise l'apparation de plantes hybrides très rarement constatée ailleurs, notamment Orchis purpurea x O. simia, observé chaque année, et Ophrys apifera x O. fuciflora découvert en 2014.
La faune du Gros Tienne a fait l'objet de nombreuses observations et certains groupes entomologiques comme les Lépidoptères sont inventoriés intensivement depuis au moins les années 2000. La liste des espèces rares et remarquables est déjà fort longue. Plusieurs espèces nouvelles pour la faune belge découvertes ces dernières années l'ont été sur ce site (voir par ex. VAN STEENNWINKEL & WULLAERT, 2016)
L'une des observations les plus remarquables de 2017 concerne une femelle de lucane cerf-volant (Lucanus cervus), le plus gros des Coléoptères wallons et espèce d'intérêt communautaire, particulièrement rare en Famenne où la seule population connue se trouve dans le Bois de Villers, à 2-3 km plus au nord.
En juillet 2019, une abeille rarissime, Coelioxys afra, a été observée sur le site par Y. Barbier. Cette espèce coucou parasitant notamment Megachile pilidens, n'était recensée auparavant en Région wallonne que d'une capture à Han-sur-Lesse en 1954 (rec. J. Petit).