沙坡头国家级自然保护区主要保护对象为自然沙漠景观、天然沙生植被、治沙科研成果、野生动物、明代古长城、沙坡鸣钟等人文景观及其自然综合体。
保护区的湿地可分为天然湿地和人工湿地两大类型。保护区的天然湿地由河流和沼泽湖泊组成。黄河从沙坡头流过,与生活其岸边和水中的生物共同构成河流湿地生态系统。这次调整计划将过境的黄河划入保护区,以增加保护区的湿地面积。由于黄河流水大量渗入地下,储于沙砾层中,形成地下水丰富的含水层。在低地,地下水溢出,形成相当面积的沼泽,主要分布于马场湖(30公顷)、高墩湖(80公顷)、小湖(30公顷)和荒草湖等。保护区人工湿地是人类活动形成的湿地,保护区这类湿地主要是鱼塘。现有的鱼塘大部分是1987年以来开发的,总面积达218公顷。