Соленото крайбрежно езеро е разделено на две части от пътя за Варна: северната е обявена за природен резерват през 1980 г., а южната е запазена като буферна зона. Атанасовско езеро има дължина 9,5 км, ширина – 4,3 км и дълбочина до 0,8 м, солеността му варира от 20 до 27,5%. Значителна част от площта – 1 690 ха се използва като солници. От 1906 г. е съхранен aвтентичният начин на солодобив.
Атанасовското езеро е Рамсарска влажна зона от световно значение за орнитолозите, наричан още птичият рай на Европа. Тук са установени 317 вида птици, което прави 70% от всички видове птици в България. От тях 14 са застрашени, 83 вида са включени в Червената книга на България, а 170 вида са с европейско природозащитно значение.
Атанасовското езеро се намира на прелетния път Via Pontica  и е типично място с тесен фронт на миграция за значителна част от прелетните птици от континента. Най-привлекателна е миграция на птиците през периода август – октомври, а зимните месеци са най-подходящи за наблюдение на световно застрашените малки корморани, тръноопашати потапници и къдроглави пеликани.
Атанасовското езеро е обитавано от най-дребния бозайник в света – етруската зeмeровка (Etruscan Pygmy Shrew), тежаща само 2 грама.