Klif na Debelem rtiču se je oblikoval v eocenu pred dobrimi 40 milijoni let. Ponekod gole, drugod z gozdom preraščene prepadne flišne stene se nad morjem dvigujejo od 12 do 36 metrov visoko. Brežine klifa preraščajo toploljubne grmovnice, predvsem brnistra in južna šmarna detelja. Zgornji rob klifa krasi venec goste gozdne vegetacije, kjer prevladujejo sajen obmorski bor in avtohtone drevesne vrste hrasta, črnega gabra in malega jesena. Za gozdnim pasom dajejo rtu posebno prepoznavnost sklenjene površine vinogradov, med njimi pa je pomemben otoček avtohtonega listopadnega hrastovega gozda, ki je nekoč prekrival celoten polotok.
Glavna značilnost morskega dela Ankarana je obsežen plitev obalni pas, ki redko presega 5 metrov globine. Naklon morskega dna, ki se razteza na prvih 100 metrih od obrežja, je zaradi flišnih skladov zelo položen. Skromna globina omogoča veliko osvetljenost in s tem dobro razvite podvodne travnike kolenčaste cimodoceje z leščurji na mehkem peščenem morskem dnu in združbe alg z različnimi vrstami cistozire, ki naseljujejo terase iz peščenjaka.
V bogatem podvodnem svetu Debelega rtiča živi blizu 700 živalskih vrst, od tega najmanj tretjina vseh vrst rib v slovenskem morju. Med ogroženimi in mednarodno varovanimi predstavniki morske favne so veliki leščur, dolgonosi morski konjiček, mali morski pajek, morski datelj in datljevka, konjska spužva, sredozemska kamena korala, glavata kareta in sredozemski vranjek. Biotska raznovrstnost je odraz pestrosti habitatnih tipov, kot so podvodni travniki, algalne združbe, peščena obrežja, stalno prekrita s tanko plastjo morske vode, in podvodni grebeni.
Naravna obala s klifi spada v omrežje območij Natura 2000.