自然保護區能為人類提供生態系統的天然“本底”。各種生態系統是生物與環境之間長期相互作用的產物。現今，森林無限制采伐，草原開墾，荒漠過度放牧，熱帶森林農業開發以及城市不斷擴大和大工程的建設等，使得許多地區生態平衡失調，有些地區的自然面貌難以辨認。為了研究這些地區的自然資源和環境特點，借助于古代文獻記載、考古材料、自然界殘留特征（如孑遺生物種類、土壤剖面、地貌類型等）和古生物學研究資料，來推測已不存在的原始自然面貌。可見，保留天然生態系統或原始景觀地段，是極為珍貴的自然界的原始“本底”。這為衡量人類活動結果提供了評價準則，并對探討某些自然地域生態系統合理發展方向提供了途徑。自然保護區是各種生態系統以及生物物種的天然貯存庫。現今世界物種數量尚不明確，盡管分類學家們進行了大量研究，但缺乏系統可靠的資料。目前認為世界物種在100萬到150萬之間，其中只有150萬種在科學文獻中有記載。人類從這些物種中獲取生活的原料已有悠久歷史。自新石器時代以來，農業育種工作集中在少數已被馴化或栽培的動植物種上。現在育種家發現對現有品種改良難度大，必須挖掘新的物種來源，轉向大自然寶庫尋找野生物種資源。自然保護區保存了這些物種及其生態環境。許多重要動植物資源及完整生態系統相繼在自然保護區被發現。由于環境變化或人為干擾，許多物種殘留于自然保護區中。保護區的建立與管理有助于這些生物保護及繁衍。自然保護區是天然實驗室，保存完整生態系統、豐富物種、生物群落及其環境，為生態學研究提供了條件。自然保護區是自然保護科學研究的重要基地，可用于研究自然生產潛力、自然生態平衡、最優生態結構、生物環境間的制約規律、環境因子改變后果、自然演替、引種、人類活動干擾與生物群落自然恢復能力、環境本底監測等問題。由于長期性和天然性特點，保護區提供了連續系統觀測條件，準確掌握物種數量變化、分布及其活動規律，對自然環境演變監測以及珍稀物種繁殖與馴化研究有利。自然保護區是向公眾進行自然與自然保護宣傳教育的天然博物館。保護區通常設有小型展覽館，利用模型、圖片、錄音、錄像等設施宣傳自然與自然保護知識。保護區也可提供生態旅游場所，保存完好生態系統、珍貴稀有動植物或地質剖面吸引旅游者。在不破壞保護區和嚴格管理條件下，可有限制地開展旅游活動，滿足人們欣賞自然景觀的需求。自然保護區在改善環境、保持水土、涵養水源、調節氣候、維持生態平衡方面具有重要意義。如河流上游、公路兩側及陡坡上的水源涵養林，能直接起到環境保護作用。盡管僅靠少數自然保護區不足以維持大自然生態平衡，但它是自然保護網絡中的重要環節。自然保護區的重要意義不僅局限于所在地，而是全國性、地區性乃至全球性的。