Élément important de la Ceinture verte de l’Île-de-France, le territoire assure la liaison entre des espaces urbains (la zone urbaine dense de la Métropole parisienne au nord et les vastes espaces urbanisés de la vallée de l’Orge à l’est) et des espaces naturels comme le Parc naturel régional de la Haute Vallée de Chevreuse à l’ouest, ou le plateau de Limours et le Hurepoix au sud-est.

Il est entouré d’un bandeau forestier quasi continu (forêt domaniale de Versailles, de Palaiseau et de Verrières) interrompu par des secteurs moyennement voire fortement urbanisés.

Parmi les nombreux massifs forestiers présents, 5 sont classés au titre des Espaces naturels sensibles :

• la forêt départementale de la Tête Ronde à Villiers-le-Bâcle (56 hectares) qui fait partie du site classé de la Mérantaise
• la forêt départementale du Bois des Grais à Villiers-le-Bâcle (19 hectares) le bois des Gelles à Villebon-sur-Yvette (16 hectares)
• la forêt du rocher de Saulx à Saulx-les-Chartreux et Villebon-sur-Yvette (98 hectares)
• Le parc de Bellejame à Linas et Marcoussis (22 hectares)

Le territoire est encadré par les vallées de la Bièvre au nord, de la Mérantaise et de l'Yvette à l'ouest, et de l'Orge à l'est. La Bièvre, l'Yvette, l'Orge, le Rouillon, la Salmouille et la Mérantaise, rivières et cours d'eau qui irriguent le territoire et créent la richesse de la biodiversité, contribuent fortement au cadre rural et à la qualité de vie des habitants.

Les étangs de Saclay (réserve ornithologique) et les rigoles royales constituent un second réseau hydrographique artificiel sur le plateau. La Communauté d'agglomération, compétente en matière de travaux hydrauliques, a confié au Syndicat mixte de l'Yvette et de la Bièvre la restauration et l'entretien des rigoles et des étangs du Plateau de Saclay, de leurs abords et des ouvrages existants ou à réaliser, qui préservent et valorisent l'environnement et le patrimoine historique.

Le campus de la Faculté d'Orsay est un parc botanique qui s'étend sur 136 hectares : le parc de Launay comprenant 2 500 espèces répertoriées (dont de nombreuses essences rares de bois) existe depuis le XIIIe siècle. Considéré comme un formidable lieu d'étude et de compréhension du développement des végétaux, le parc s'est développé au rythme de l'agrandissement de la Faculté et s'est enrichi au fur et à mesure de nouvelles espèces.

Site classé depuis 1959 et inscrit à l'inventaire ZNIEFF, le parc joue toujours son rôle de milieu d'étude de la flore naturelle mais est aussi devenu un lieu privilégié pour les randonneurs de la région. Ils peuvent notamment venir admirer le Verger conservatoire qui se trouve dans le parc. Dans ce verger d'un hectare, 95 variétés de pommes sont cultivées sur les quelque 400 pommiers plantés. Les cultures sont faites de façon naturelle, sans intrants, où la recherche de l'équilibre entre insectes, herbes folles et cultures doit permettre de constituer des écosystèmes autonomes.