Глубокие лога речек и ручьев расчленяют Ильменский хребет на отдельные вершины, которые имеют свои названия, как например, гора Фирсова, Лохматая, Белая и т. д.
Параллельно Ильменскому хребту, к востоку от него, тянется невысокая скалистая гряда, носящая название Косой горы, а дальше к востоку отдельные невысокие холмы и увалы переходят в просторы Сибирской равнины.
Между Ильменским хребтом и скалистыми грядами предгорий раскинулись многочисленные большие и малые озера заповедника. Голубые водные пространства их окружены сосновыми лесами, подступающими вплотную к воде. Всего здесь насчитывается 49 озер. Большая часть озер представляет собой небольшие водоемы, но некоторые из них достигают значительных размеров, как, например: Аргази, Большое и Малое Миассово, Большой и Малый Кисегач, Ишкуль, Таткуль, Теренкуль и Ильменское. Все это большие, горные озера, глубокие, с крутыми берегами, с чистой прозрачной водой.
Особое место среди озер заповедника занимает озеро Аргази. Это самое большое озеро (площадь его составляет около 100 кв. км). Оно находится в северной части заповедника. Происхождение его иное, чем других озер: река Миасс, огибая Ильменский хребет, впадает в северную часть оз. Аргази и вытекает из него в юго-восточной части. Более 100 лет тому назад в том месте, где теперь выходит из озера р. Миасс, богатый башкир построил мельницу, загородив плотиной течение реки. Плотина подняла уровень реки, вода затопила болотистую низину, образовался большой неглубокий пруд, называемый теперь оз. Аргази.
Малые озера по численности преобладают в заповеднике. Обычно эти небольшие, сильно заросшие водоемы служат убежищем для водоплавающей птицы.
Весной, когда из жарких стран летят на север утки, гуси, гагары и др. птицы в места своего гнездования, многие из них опускаются отдохнуть на широкие глади Ильменских озер. Некоторые из них остаются у нас и в густых зарослях камыша небольших озер и заливов вьют свои гнезда; другие, отдохнув, улетают дальше — на север.
Осенью, при возвращении птицы на зимовку в теплые страны, на озерах заповедника можно наблюдать громадные стаи уток, которые обычно очень осторожны, не подплывают к берегу и держатся скученно на середине озера. В Ильменский заповедник залетает отдохнуть даже такая редкая для наших мест птица, как пеликан.
Рыбное население озер довольно разнообразно, в них живет 13 пород рыб; наиболее распространены из них щука, линь, окунь, чебак, карась, ерш. Кроме того, в озера Б. Кисегач и Б. Миассово несколько лет тому назад были выпущены икринки чудского сига и рипуса. Когда произвели опытную облаву заповеднических озер, в сети попадали взрослые большие сиги. В этом году в оз. Б. Миассово был пойман сиг-гигант.
Ильменский заповедник как научное учреждение ведет исследовательскую работу по изучению своих разнообразных природных объектов. Научные сотрудники — геологи и минералоги занимаются изучением горных пород, пегматитовых жил, прорезающих эти породы, и многочисленных минералов, заключающихся в жилах. Изучаются физические свойства и химический состав минералов. Для этой цели в заповеднике имеется химическая лаборатория, шлифовальная мастерская, изготовляющая тонкие прозрачные пластинки горных пород и минералов (шлифы), которые подвергаются в дальнейшем изучению под микроскопом.
В заповеднике ведутся постоянные наблюдения над животным миром, изучается влияние изменений условий обитания животных на их поведение, кочевку и размножение. Ежегодно в заповеднике производится количественный учет основных видов животных, особенно копытных; учитываются и птицы, обитающие в заповеднике: глухарь, тетерев, рябчик, различные породы уток и их выводки. Результат учета животных и птиц позволяет судить об изменениях их численности, о причинах этих изменений и дает возможность установить условия, способствующие увеличению их поголовья.
Изучается растительность заповедника, составляются подробные карты ее распределения по заповедной территории.
В заповеднике имеется метеорологическая станция, которая ведет непрерывные наблюдения за погодой…
В жизни животных и растений погода имеет очень большое значение. От погоды зависит срок прилета, отлета и гнездования птиц, сроки цветения деревьев, трав, сроки созревания ягод и плодов, развитие вредных насекомых и многое другое.
В заповеднике в годы войны отстроен новый музей. В нем богато и разносторонне представлены образцы живой и мертвой природы Ильменских гор. Тысячи экскурсантов стремятся посетить Ильменский заповедник и его музей.