Piešťany ležia v údolí Váhu, označovanom ako Dolnovážska niva, v nadmorskej výške 162 m. Z východnej strany lemuje údolie pohorie Považského Inovca, ktorého juhozápadné výbežky pri Piešťanoch sa dotýkajú rieky. Vzdialenejšie Malé Karpaty ohraničujú údolie Váhu zo západnej strany. Šírka údolia medzi oboma orografickými celkami dosahuje v týchto miestach približne 10 – 12 km. Popri Váhu preteká mestom i potok Dubová. Z hydrologického hľadiska sú nepochybne najznámejšie termálne pramene. Vďaka nim sa stali Piešťany kúpeľným mestom. Región Piešťan patrí v rámci Slovenska medzi najteplejšie klimatické oblasti.. Podnebie je mierne suché. Priemer ročných zrážok sa pohybuje okolo 600 mm. Zimy bývajú mierne a vodné plochy v blízkosti termálnych prameňov /týka sa to najmä Obtokového ramena Váhu/ nikdy nezamŕzajú. Chladnejšia a vlhšia je klíma hrebeňových partií Považského Inovca. Poloha územia na rozhraní Panónskej nížiny a Západných Karpát, jeho geologická stavba a klíma vytvorili predpoklady pre druhovú rozmanitosť flóry a fauny – biodiverzitu. Kým z juhu sem prenikajú panónske a mediteránne elementy, zo severu – najmä po línii hôr, ale čiastočne aj po prúde rieky Váh – sa sem dostávajú karpatské prvky.
Výskum prírody Piešťan a okolia má dlhú tradíciu. Flóre Tematínskych kopcov a Považského Inovca sa venoval J.L. Holuby (1902), P. Silinger (1931), K. Domin, profesor Karlovej univerzity v Prahe, autor monografie Piešťanská květena (1931), J Futák (1966 ), Š. Maglocký (1979) a ďalší botanici. Rybami sa zaoberá štúdia V. Mišíka: Ryby povodia Váhu v Piešťanoch so zreteľom na výstavbu vodného diela v Maduniciach (1958). Najväčšia pozornosť však bola venovaná vtáctvu. Veľký prínos k jeho poznaniu a ochrane predstavuje práca piešťanského ornitológa V. Kubána, ktorý okrúžkoval do 120 000 tisíc operencov a publikoval mnoho cenných pozorovaní najmä zo Sĺňavy. Spätné hlásenia nám dávajú spoľahlivé informácie o cestách jednotlivých druhov vtákov. Avifaunu širšieho okolia Piešťan skúmal aj P. Kaňuščák (1975) a mnohí ďalší ornitológovia. Ku kúpeľom nerozlučne patria parky. Piešťanské parky sú rozložené po oboch stranách Váhu.
Vzhľadom ku klimatickým pomerom a zručnosti generácií záhradníkov sa v parkoch darí už niekoľko desiatok rokov udržať pomerne vysokú druhovú rozmanitosť drevín. Okrem pôvodných druhov, ako sú napr. topoľ čierny (Populus nigra) a rôzne druhy vŕb (Salix sp.) sa už desiatky rokov darí zachovať aj vzácne cudzokrajné dreviny, ktoré boli introdukované pred 100 - 150 rokmi. Vzhľadom na klímu sa v parkoch dobre darí hlavne teplomilným druhom, ako sú kryptoméria japonská (Cryptomeria japonica), ľaliovník tulipánokvetý (Liriodendron tulipifera), jaseňovec metlinatý (Koelreuteria paniculata), či kalykant kvetnatý (Calycanthus floridus).
Pred kúpeľným hotelom Thermia Palace je vysadený stále zelený parčík cypruštekmi, s prevažujúcim cypruštekom Lawsonovým (Chamaecyparis lawsoniana). Dominujú tu tiež statné smreky pichľavé (Picea pungens ) pochádzajúce zo Skalistých hôr Colorada. Vzácnosťou je tu cédrovec zbiehavý (Calocedrus decurrens) z kalifornských hôr. V novšej časti kúpeľného parku je u nás zriedkavá jedľa Nordmannova (Abies nordmanniana), ktorej domovom je Kaukaz. Rovnako tu rastie vzácna borovica himalájska (Pinus wallichiana) a jedľa srienistá-kolorádska (Abies concolor). Hojné zastúpenie má platan javorolistý (Platanus x hybrida) i katalpa bignoniovitá (Katalpa bignonioides) . Zvlášnu pozornosť si zaslúži gingko dvojlaločné.(Ginkgo biloba). Ide o starobylý druh, ktorý existuje už 200 miliónov rokov a je známy svojimi liečivými účinkami. Z okrasných drevín obzvlášť dekoratívne pôsobí magnólia Soulangova (Magnolia x soulangiana).Vznikla krížením dvoch východoázijských druhov magnólií vo Francúzsku. Spolu s ďalšími cennými cudzokrajnými drevinami predstavujú piešťanské parky vzácnu krajinnú scenériu plnú farieb, vôní a krásnych tvarov. Sú tiež miestom príjemných prechádzok, pohody a estetického zážitku.
Kúpeľný park je bohatý aj na kroviny a vodnú, či močiarnu flóru. Nemožno nespomenúť obľúbené leknové jazierka, kde každé leto „kraľuje“ viktória amazónska (Victoria amazonica) spolu s expozíciou bambusov. Endemitom piešťanských termálnych vôd je makroskopická riasa chara piešťanská (Chara pistaniensis), ktorá sa zrejme vyvinula z chary obyčajnej, osídľujúcej blízke prehriate vody slepých ramien Váhu a jazierok. Táto zvláštna riasa bola v piešťanských termálnych vodách zistená v roku 1921 E. Baudyšom a opísaná v roku 1922 J. Vilhelmom.
Fauna parkov je v dôsledku veľkej návštevnosti menej pestrá. Z cicavcov možno stretnúť najmä vevericu obyčajnú (Sciurus vulgaris) a ježa východoeurópskeho (Erinaceus concolor). Večer vylieta zo svojich skrýš v bútľavých stromoch netopier raniak hrdzavý (Nyctalus noctula). V mestskom parku má hniezdnu kolóniu havran poľný (Corvus fragilegus). Z vtákov k bežným druhom patrí brhlík európsky (Sitta europea) a žlna zelená (Picus viridis). Vyskytujú sa aj rôzne druhy ďatľov. Slávik kroviskový (Luscinia megarhynchos) upozorní na svoju prítomnosť hlavne spevom. Na odľahlejších miestach prespáva cez deň myšiarka ušatá (Asio otus) a sova lesná (Strix aluco). V jazierkach na Kúpeľnom ostrove sa ozýva skokan rapotavý (Rana ridibunda). Túto žabu, presnejšie jej žubrienky, však ohrozujú korytnačky písmenkové ozdobné (Chrysemys scripta elegans), ktorých sa po odrastení zbavujú nezodpovední chovatelia vypúšťaním do jazierok. Ako introdukovaný druh z juhovýchodu Severnej Ameriky nemá v našej voľnej prírode miesto.
Zo zástupcov hmyzu sa možno stretnúť hlavne v prvých teplých jesenných dňoch s modlivkou zelenou (Mantis religiosa). Jej obľúbeným miestom sú hrádze okolo Váhu. Aleja, ktorá tvorí os kúpeľného parku bola, záhradníkmi zakladateľov kúpeľov nasmerovaná na zrúcaniny hradu Tematín, ktorý dominuje prírodnej rezervácií Tematínske kopce. Botanikov už v minulosti zaujala táto lokalita, lebo je priam učebnicovým príkladom prelínania sa karpatskej a panónskej flóry. Vápencové podložie na vyhriatych svahoch je biotopom duba plstnatého (Quercus pubescens), vzácneho druhu jarabiny, ktorým je endemit tematínskyh kopcov – jarabina Dominova (Sorbus dominii). Ďalej tu nájdeme vysadený jaseň mannový (Fraxinus ornus) a na spevnenie zerodovaných svahov bola introdukovaná borovica čierna (Pinus nigra), ktorá v súčasnosti v celej Strednej Európe trpí závažnou hubovou chorobou. Na severných stráňach prevládajú bukovo-hrabové lesy s vtrúseným javorom a jaseňom. Xerotermná flóra je zastúpená od skorej jari poniklecom veľkokvetým (Pulsatilla grandis), chudôbkou drsnoplodou (Draba lasiocarpa), zástupcami rodu kavyľov (Stipa sp.), zvončekom sibírskym (Campanula sibirica), neskôr vzácnym lykovcom voňavým (Daphne cneorum) a viacerými druhmi orchideí (Orchis pallens, Dactylorhiza majalis, Dactylorhiza sambucina). Pri Lúke nad Váhom rastie na jedinom potvrdenom mieste na Slovensku ostrica alpínska (Carex hallerana). Z karpatských druhov tu nájdeme peniažtek horský (Thlaspi montanum), žltušku páchnúcu (Thalictrum scordonia). Endemitom Tematínskych kopcov je nevädzník bádenský var. tematínsky (Colymbada badensis var. tematinensis) popísaná prof. Dominom.
Fauna je zastúpená zriedkavými druhmi fúzačov, ako je fúzač alpský (Rosalia alpina) a fúzač dubový (Plagionotus arcuatus). Častý je svižník poľný (Cicindela campestris) a bystruška kožovitá (Carabus coriaceus). Žije tu aj jeden z našich najkrajších plazov – jašterica zelená (Lacerta viridis). V Tematínskych kopcoch alebo v ich blízkosti na vážskej nive zvykne hniezdiť aj orol kráľovský (Aquila heliaca). Žiaľ, v dôsledku ohrozovania hniezda, mláďat i dospelých vtákov býva hniezdenie úspešné iba zriedkavo. Severovýchodné výbežky Malých Karpát v okolí Čachtického hradu sú ľahko dostupné z Piešťan. Čachtický hradný vrch je významnou lokalitou teplomilnej vápencovej flóry. Zo stromov tu rastú významné druhy jarabín, ako je jarabina slovenská (Sorbus slovenica) a jarabina Kmeťova (Sorbus kmetiana). Bylinný podrast je veľmi bohatý na také druhy, ako je klinček Lumnitzerov (Dianthus lumnitzeri), senovka tesálska (Trigonella monspeliaca), viaceré druhy kavyľov (Stipa sp.). Z orchideí tu rastie hmyzovník Holubyho (Ophrys holoserica ssp. Holubyana), hmyzovník včelovitý (Ophrys apifera) a viaceré druhy kruštíkov (Epipactis muelleri, Epipactis placentina, Epipactis helleborine). Neďaleko tejto lokality rastie štedrec alpínsky (Laburnum alpinum). Ďalšou významnou lokalitou nad obcou Podolie je vrch Plešivec. Vynikajúci výhľad na celé pohorie Považského Inovca dopĺňa zážitok hlavne jarnej kveteny, ktorá je zastúpená hadomorom rakúskym (Scorzonera austriaca), sinokvetom mäkkým (Jurinea mollis) a v závere leta je to astra spišská (Aster amelloides). Zo stromov tu opäť nájdeme vzácne druhy jarabín (Sorbus sp.), štedrec ovisnutý (Laburnum anagyroides) a dub plstnatý (Quercus pubescens). Výbežky dolomitových ostrohov v okolí Lančára, resp. rezervácia Orlie skaly prinášajú do palety vápencovej flóry okrem viacerých druhov kavyľov (Stipa sp.) aj poniklec lúčny český (Pulsatilla pratensis ssp. bohemica), zárazu piesočnú (Orobanche arenaria) a viaceré druhy orchideí (Orchis morio, Orchis tridentata, Orchis purpurea).V neďalekom okolí nájdeme i útvary jaskýň, ako je Malá pec a Veľká pec. Vráťme sa však späť do Považského Inovca. Pozoruhodnou prírodnou rezerváciou je tu lokalita Sedlisko, severne od Hlohovca. Koncom marca zakvitne kobercami ponikleca veľkokvetého (Pulsatilla grandis), ktorý neskôr vystrieda koberec hlaváčika jarného (Adonis vernalis). Pestrá hra farieb pokračuje do leta jasencom bielym (Dictamnus albus), veternicou lesnou (Anemone sylvestris) a dopĺňa ju výnimočnosť takých druhov, ako je mechúrnik stromovitý (Colutea arborescens) a višňa krovitá (Cerasus fruticosa). Lokalita je bohatá na viaceré druhy motýľov, napr. vidlochvost feniklový (Papilio machaon), očkáň metlicový (Satyrus semele) a vzácne tu prežíva aj sága stepná (Saga pedo). V okolí Sokoloviec rastú teplomilné dubiny s výrazným bylinným podrastom, ktorý zaraďujeme medzi vzácne druhy. Hojné zastúpenie orchideí zvýrazňuje ich kríženie, napr. stabilne je tu zaznamenávaný kríženec vstavač hybridný (Orchis x hybrida), ďalej tu rastie prilbovka biela (Cephalanthera damasonium), modruška pošvatá (Limodorum abortivum) a nedávno popísaný jazýčkovec východný (Himantoglossum caprinum). Viaceré druhy z Červenej knihy , ako je rezeda veľkokališná (Reseda phyteuma), prerastlík príbuzný (Bupleurum affine), tu majú zatiaľ dobré podmienky na prežitie. Rovnako ako xerotermné lokality sú okolo Piešťan pestré aj lesné spoločenstvá. Od skorej jari na Havrane nad Piešťanmi sa možno potešiť kobercovitým kvitnutím snežienky jarnej (Galanthus nivalis), ktoré vystriedajú opäť súvislé zárasty chochlačky plnej (Corydalis solida). Posledným druhom, ktorý sa prejavuje manifestačným kvitnutím, je cesnak medvedí (Allium ursinum). Potom podrast prekryje lístím hustý les bukov a hrabov. Za Havranom je zaujímavá lokalita Starý vrch s kyslým kremičitým povrchom, kde rastie úplne iná skladba drevín a rastlinstva. Súvislý zárast vresu obyčajného (Calluna vulgaris) koncom leta dáva tušiť, že prichádza jeseň s nostalgiou, ale i teplým pohladením slnečných lúčov babieho leta. No zjari tu dominuje prútnatec metlovitý (Sarothamnus scoparius), neskôr smolnička obyčajná (Steris viscaria), či pakolenec červený (Spergularia rubra) a viaceré druhy jastrabníkov (Hieracium sp.)... Dolina Výtoky východne od Piešťan je častým výletným miestom Piešťancov. Dlhá dolina je východiskom na najvyšší vrch okolia – Marhát, kde sa koná tradične silvestrovský výstup. Hlboká dolina je útočiskom vzácnych druhov hmyzu, ako je fúzač bukový (Cerambyx scopolii), či roháčik obyčajný (Dorcus parallelopipedus). Žije tu salamandra škvrnitá (Salamandra salamandra) a neďaleko od tejto lokality u nás vzácny mlok obyčajný (Triturus vulgaris). Z rastlín treba spomenúť lesné lúčky s bohatou orchideovou výbavou (Orchis mascula, Dactylorhiza sambucina, Listera ovata, Platanthera bifolia...). Z vyšších rastlín sa tu stretneme s krtičníkom jarným (Scrophularia vernalis), či štetôčkou chlpatou (Virga pilosa). Lazer trojlaločný (Laser triloba) je častým druhom bukovo-hrabových lesov Výtokov. Srnčia zver je v tomto priestore doma. Spolu s diviakom lesným (Sus scrofa) je častým spestrením vychádzok po hlbokých dolinách okolo Gajdy. Zbytky tvrdého lužného lesa môžeme nájsť juhozápadne od Piešťan na úrovní obce Madunice. Tu pred mnohými desaťročiami písal svoje Selanky bard slovenskej literatúry Ján Hollý. Lužný les pozostáva z javorov poľných (Acer campestre), jaseňov úzkolistých (Fraxinus angustifolia), brestov hrabolistých (Ulmus minor) a ďalších drevín. V podraste je hojný chránený klokoč perovitý (Staphylea pinnata). Z rastlín treba uviesť ešte vzácnu bleduľu letnú (Leucojum aestivum) a kosatec trávolistý (Iris graminea). Hojnosť vodných nádrží okolo Piešťan poskytuje záujemcovi o prírodu mokradí množstvo zážitkov a poznania. Sústava jazier od Leopoldova po Drahovce oplýva bohatou vodnou flórou. Ak sa pristavíme napríklad pri jazere nazývanom Ypsilon, severne od Leopoldova, uvidíme masové zárasty bublinatky južnej (Utricularia australis) viaceré druhy červenavcov (Potamogeton sp.) a leknicu žltú (Nuphar lutea), ktorá je dominantná hlavne v Chránenom areáli Sĺňava, kde spolu s druhmi pálky (Typha sp.) vytvára celé zárasty. Vodná nádrž Sĺňava vznikla roku 1959 zahradením rieky Váh. Ide o lokalitu, ktorá je z hľadiska ochrany vtáctva mimoriadne významná. Preto už v roku 1980 bola zaradená do siete chránených území Slovenska. Samotná nádrž má rozlohu 430 ha, avšak plocha zahrnutá do Chráneného areálu má 691 ha. Sĺňava leží na dôležitej migračnej ceste, vinúcej sa údolím Váhu. V období jarného a jesenného ťahu, ktorý možno sledovať už od konca júla, slúži Sĺňava ako odpočinková stanica pre vtákov. Vtedy sa tu objavujú rôzne druhy kačíc, husí, kulíkov, pobrežníkov, močiarníc, hvizdákov, kalužiakov, volaviek, čajok, ale i dravcov a spevavcov. Sĺňava poskytuje útočisko aj pre zimujúce vtáctvo, najmä v tých miestach, kde pôsobením termálnych prameňov voda nezamŕza. Doteraz bolo zaevidovaných v tejto lokalite vyše 120 druhov zimujúcich vtákov. Niektoré druhy, ako napríklad labuť hrbozobá (Cygnus olor), kačica divá (Anas platyrhynchos), lyska čierna (Fulica atra) a čajka smejivá (Larus ridibundus) sa nechávajú prikrmovať z Kolonádového mosta. Pestrý rybárik riečny (Alcedo atthis) vyhľadáva Obtokové rameno. Chránený areál Sĺňava je významný aj tým, že má vytvorené dobré podmienky pre hniezdenie. Ostrov Čajka uprostred priehrady, ktorý je vlastne depóniom štrku, stal sa vyhľadávaným miestom pre hniezdenie vodného vtáctva. V súčasnosti je najdôležitejším hniezdiskom čajkovitých vtákov na Slovensku. Popri najbežnejšej čajke smejivej (Larus ridibundus), ktorá tu hniezdi v počte okolo 10 000 párov, obývajú túto lokalitu aj zriedkavejšie druhy – čajka sivá (Larus canis) a čajka čiernohlavá (Larus melanocephalus). Cenná je aj hniezdna kolónia ohrozeného rybára riečneho (Sterna hirundo) v počte vyše 50 párov. Plazy zastupuje na Sĺňave predovšetkým užovka obyčajná (Natrix natrix). Ryby sú zastúpené bežnými druhmi, ako sú kapor obyčajný (Cyprinus carpio),lieň obyčajný (Tinca tinca), šťuka obyčajná (Esox lucius), niekoľko druhov pleskáčov (Abrťamis sp.) a jalcov (Leuciscus sp.). Sumec obyčajný (Silurus glanis) tu dorastá do veľkých rozmerov. Takmer každý rok sa uloví exemplár s hmotnosťou 30-40 kg. Doteraz najväčší sumec bol ulovený v roku 2000 s hmotnosťou 68 kg a s dĺžkou 215 cm. Z motýľov si zaslúži pozornosť vzácny a chránený pestroň vlkovcový (Zerynthia polyxena), ale aj elegantný a dnes už dosť zriedkavý vidlochvost feniklový (Papilio machon). Z množstva chrobákov spomenieme aspoň fúzača pižmového (Aromia moschata).
Od roku 2004 je Chránený areál Sĺňava zaradený do Národného zoznamu chránených vtáčích území. Zároveň sa táto lokalita dostala aj do Národného zoznamu území európskeho významu NATURA 2000.