A Nagykárolyt övező vízfolyásokban viszonylag szegény homokos terület, mára javarészt megkötött dűnéivel, a környező síkvidékből kiemelkedő, 150-160 m tengerszínt feletti magasságú homokos síkság. A régió változatos élővilágnak ad otthont, ami nem csupán az itt előforduló állat és növény fajok nagy számával jellemezhető, de a jellegzetes élőhelyek törékenységével és adott esetben szűk elterjedésével is.
A Nagykárolyt körülvevő kiterjedt mezőgazdasági területek közt több kisebb folt található, mely számos természeti ritkaságot őriz. A környék jellegzetes természeti képe még a jégkorszak végén alakult ki a Tisza, Szamos és a Kraszna folyók hatalmas homokhordalékain. A domborzatot a szél lassan átalakította a mai jellegzetes tájjá.
A Fény település közelében található kontinentális dűnék figyelemreméltó élőhelyet képeznek, mely nagyszámú déli, mediterrán, valamint atlanti flóraelemet foglal magába. A laza homokot rendkívül gazdag vegetáció köti meg.
Az állatvilág jellegzetes képviselői ezen a tájon a fürge gyík, az itt szinte mindenhol jelen lévő ürge valamint a világ veszélyeztetett fajaihoz tartozó földi kutya is. Az Európában őshonos ürge könnyen felismerhető arról a szokásáról, hogy két lábra állva fütyül egy ragadozó, például egy gólya vagy egy nagyobb testű ragadozó madár láttán. A legelők és a füves sztyeppék jellegzetes élőlénye, főleg magvakkal, termésekkel, bogarakkal és gyökerekkel táplálkozik. A puha, agyagos vagy homokos talaj ideális járataik kialakításához. Az elmúlt évtizedek során az ürgepopuláció hanyatlásnak indult, elsősorban a sztyeppés területek felszántása és a földek gépi művelése miatt de a legeltetés visszaszorulása után elvadult magas fű sem kedvező számára. Ennek ellenére a Nagykárolyi síkságon még ma is jelentős populáció él, melynek fennmaradását ma egy európai jelentőségű védett terület biztosítja.
Szaniszló falu határában terül el a Vermes mocsár, mely a felső pleisztocénben kialakult Ér síkság kontinentális dűneközeibe ékelődött bő vízutánpótlású lápos terület. Az itt létrehozott növénytani rezervátum flórája igen sok növényi ritkaságot, maradványfajt vagy reliktumot tartalmaz, melyek a korábbi földtörténeti korok vegetációjának emlékét őrzik. A terület ugyanakkor jelentős költőhelye az itt élő madárfajoknak. A Vermes vegetációját az itt található homokdűnék magassága, és ezáltal a talajvíz mélysége határozza meg. A dűneközi mocsaraktól, kisebb nyílt vizektől a dűnék tetejét benépesítő száraz gyepekig igen változatos élővilág fordul itt elő. Különleges jelentősége abban áll, hogy számos jégkorszaki növényi maradványfaj maradt itt fenn, mint a lápi nádtippan vagy a rostostövű sás. A Vermes láp más, az ország területén ritka növényfajoknak is az élőhelye, pl. egy húsevőnövényé, (hólyagos aldrovanda - Aldrovanda vesiculosa), a fényes kutyatejé, a mocsári békaliliomé, a keskenylevelű gyapjúsásé, a fehér tavirózsáé, a poloskaszagú kosboré (Orchis coriphora), mely az egyik legszebb orchideafajunk, vagy a serevényfűzé. A terület állatvilága is igen figyelemreméltó. Fészkelő faj itt a sárszalonka, a sűrű bozótosban a récefélék, vörös gém, bölömbika, bakcsó, szárcsa, barna rétihéja, énekes nádiposzáta fészkel; a mocsár szélét övező erdőkben pedig egerészölyv tanyázik. Úgyszintén ezekben az erdőkben azonosítottak egy igen nagy egyedszámú sárgarigó populációt - ennek a fajnak az egyedszáma jelentősen lecsökkent az egész ország területén sőt még európai szinten is. Ennek a lápos vidéknek gazdag a kétéltű és hüllő faunája is.
A Csanálosi erdő a nagykárolyi síkság szélén található, az ország északnyugati homokvonulatain. Egyes szerzők szerint ez nem más, mint a hajdani Ecsedi láp egyik feltöltődött öble. Ez a nedvességben gazdag erdő, melyen egy természetes vízfolyás is áthalad, nagyon jellegzetes növényzetnek ad otthont. Az erdő vegetációja kétszintes: a nagyméretű, magas fák alatt (magas kőris, kocsányos tölgy, fekete fenyő, mezei juhar) dús cserjeszintet alkotnak a mogyoróbokrok, a som, a galagonya, a kökény, a fákra vadszőlő kúszik. Az itt található növények közül említést érdemel a jégkorszaki maradvány zergeboglár, a nagyszámban virágzó nyári tőzike és hóvirág, a mocsári aggófű. Az erdőben nagy egyedszámú kolóniában fészkel a szürke gém, de az itt fészkelő madarak között említhetjük a feketególyát amelyik ritka, egész Európában védett faj.
A múltban a tájat az Ecsedi láp uralta, amelyik a maga 400 km2-ével Európa legnagyobb eutróf mocsara volt. Az 1890-es lecsapolásáig gazdagságában és komplexitásában egyedi növény és állatvilágnak adott otthont. A Lacus Ecedensis, és környezetének archaikus karakterét a mocsaras területek uralkodó jelegéből vezették le, ezek egységeket alkottak az égerfásokkal, illetve a ligeterdőkkel amelyek a terület szélein nőttek. E vidék egykori növényzetét sajnos nem ismerjük teljes részletességgel, de a népi elnevezéssel leírt növények közül sokat sikerült azonosítani, elsősorban egyes tavi- illetve lápi fajokat lehet felismerni a korabeli leírásokból. A láp területén hatalmas nádasok, gyékénnyel borított részek, úszólápok, és nedves kaszálórétek voltak, melyeken jellegzetes volt a tarackos tippan. A fehér fűz és az éger alkotta ligetek és a tőzeges talaj jellemző növényei is közönségesek voltak itt. Az Ecsedi láp szélén, Börvely falu határában kiterjedt, pangóvizes ligeterdők léteztek. Gyertyánosok jelenlétéről is vannak említések, amelyek nem csak a medence szélein alakultak ki, hanem annak belsejében is.
Az 1896-1899-es években végzett vízszabályozási munkák nyomán sikerült az ecsedi lápot lecsapolni. A lecsapolást követően a terület nagy része kiszáradt emiatt a talajvízszínt lesüllyedt, de még így is viszonylag felszín közeli maradt. A tőzegrétegek összeszáradtak a vízveszteség miatt, sok helyen teljesen eltűntek az ismétlődő hatalmas talaj-tüzek nyomán. Rengeteg növény és állat élettere feldarabolódott, kis szigetekké zsugorodott, sok közülük csak kis területen maradt fenn, mindössze néhány példánnyal.
Az 1980-as évek elején Kismajtény közelében létrehoztak egy halastavat ami ma a környék számos veszélyeztetett fajának nyújt menedéket. Magát a halastavat egy keskenyebb növénysáv veszi körül, a területén pedig helyenként kisebb nád- és gyékényszigetek képződtek főleg ahol a víz szintje alacsonyabb. A majtényi halastó ma madárvédelmi rezervátum, ahol nagy számban fészkel a szárcsa, a tőkésréce, a vízityúk, a billegetőcankó, kiskócsag, a bakcsó, barna rétihéja, stb.
Ez az élettér fészkelőhelyet biztosít néhány vízimadárnak, védett és ritka fajoknak, melyek úgy a fészkelési, mint az azt megelőző időszakban megfigyelhetők itt. A halastó rendkívüli jelentőségét az adja, hogy a vízimadarak európai vonulási útvonalán helyezkedik el, így az egykor volt ecsedi láp hiányában nagyon fontos pihenő és táplálkozási helyet biztosít a vándorló vízimadarak nyugati vonulási útvonalán. Az őszi vonulás idején ezek a madarak nagyon nagy számban vannak itt jelen. A tavon megfigyelhető madarak a nagy kócsag, üstökös gém, kanalasgém, vörös réce, küszvágó csér is.
A természeti értékek sorában érdekességként megemlíthetjük a nagykárolyi dendrológiai parkot amelyik a város egy 10 hektáros területén fekszik. Megközelítőleg 110 egzotikus és hazai fafajnak ad otthont, néhányat a Romániában termő faritkaságokból is megtalálhatók itt, míg más fajok méreteikkel állítanak fel igazi rekordokat. Közülük megemlíthetjük a Dél-Kínában őshonos Ginko bilobát, az észak-amerikai eredetű duglászfenyőt (Pseudotsuga menziesii), ami eléri a 20 m magasságot, a szintén észak-amerikai simafenyőt (Pinus strobus), a park hatalmas platánfáit (Platanus acerifolia) amelyek közül az egyik 34 m méter magas és 184 cm átmérőjű, de megtalálható a parkban a vadgesztenye (Aesculus paviflora), az amerikai nyárfa (Populus euramericana), a zöld juhar (Acer negundo), a kis levelű harsfa (Tilia cordata), a fekete nyárfa (Populus nigra), a virágos kőris (Fraxinus ornus), az amerikai mocsártölgy (Quercus palustris), a tiszafa (Taxus baccata), vagy a törökmogyoró (Corylus colurna) egy egy különleges példánya is.
