Организован в 1931 г. Расположен в Нелидовском р-не Тверской обл. Площадь 21 348 га, из них 19 903 га — лесопокрытая, 26 га занимают водоемы.
Заповедная территория лежит в северо-западной части Среднерусской возвышенности, на плоскохолмистой равнине высотой до 200-280 м над ур. м. Известняки нижнего карбона перекрыты здесь мощной толщей четвертичных отложений. В северо-западной части и у с. Жукопа известняки подходят к поверхности и вызывают карстовые явления. Во время последнего оледенения льды немного не дошли до территории заповедника, и здесь развиты лишь флювиогляциальные отложения.
Климат умеренно-континентальный, вследствие значительной залесенности и относительно больших высот заметно суровее климата территорий, лежащих к западу. Среднегодовая температура 3,6° С, абсолютный максимум (в июле) 32° С, абсолютный минимум (в январе) — 40° С. Годовая сумма осадков 600 мм, из них 40% выпадает в теплое время года. Высота снежного покрова 90-100 см. Устойчивый снежный покров держится со второй декады ноября до апреля.
Заповедник расположен на водоразделе между бассейнами Волги и Западной Двины. Протекающая по его территории р. Межа впадает в Западную Двину, а реки Тюдьма и Жукопа относятся к бассейну Волги. Реки используют ложбины стока ледниковых вод, поэтому у них широкие долины, но русла слабо врезаны, сток невелик, и летом они часто пересыхают в верховьях. В результате современная речная сеть недостаточно дренирует плоскую водораздельную территорию, и здесь широко развиты процессы заболачивания.
Растительность заповедника интересна тем, что развитые здесь еловые и елово-широколиственные леса, с одной стороны, относятся к зоне смешанных (хвойно-широколиственных) лесов, северная граница которых проходит севернее верховьев Волги. С другой стороны, характер здешних лесов гораздо более «северный», чем в окружающих частях той же зоны. Ель здесь почти вытеснила широколиственные породы, которые на соседних территориях встречаются значительно чаще. Это как бы особый переходный район между южной тайгой и смешанными лесами. Леса заповедника имеют большое водо-охранное значение для большей части Среднерусской равнины.
Основная лесообразующая порода — ель. Выделяются четыре основные группы ельников: сложные, зеленомошные, сфагновые и приручьевые. Наиболее распространены ельники зеленомошные; на более дренированных участках преобладают ельники кисличные, на менее дренированных — ельники черничные. Сфагновые ельники обычны по окраинам верховых болот и мелким заболоченным понижениям. Наиболее богатые сложные ельники занимают вершины и верхние части склонов хорошо дренированных холмов и имеют в подлеске липу и орешник. Это великолепные леса с могучими деревьями, достигающими 90 см в диаметре и 40 м высоты. Широколиственные породы (липа, реже дуб, ильм, ясень) развиты во втором ярусе. Приручьевые ельники встречаются по долинам рек и ручьев. Здесь к ели примешиваются береза, серая ольха, иногда единично черная ольха и ильм. Деревья обычно размещены куртинами по микроповышениям, а между ними бурно разрастаются черемуха и черная смородина. В высокотравье господствуют крапива, таволга вязолистная, кочедыжник. Кое-где по прирусловым валам вдоль рек встречаются елово-широколиственные леса с участием в древостое дуба, липы, клена, ясеня.
Сфагновые болота занимают 18% площади заповедника. Наиболее крупное из них, Катин мох (3000 га), образовалось в результате активного заболачивания прежде сухого участка плоского водораздела. Видимо, сначала здесь было несколько небольших болот. Постепенно сфагновый покров нарастал, и они слились в единый массив. Болото продолжает надвигаться на окружающий лес, и только там, где оно подошло к району развития карста, провальные карстовые воронки поглощают избыток влаги и задерживают его распространение.
Фауна ближе к фауне смешанных лесов, чем к фауне южной тайги. Причина этого, видимо, в значительной измененности окружающих территорий хозяйственной деятельностью. Характерна высокая численность двух почти не сохранившихся в центральных частях Русской равнины крупных хищников — медведя и рыси. Медведи живут в заповеднике постоянно и почти не выходят за его пределы. Рысь, как и медведь, находит убежище в дремучих ельниках, а на охоту за зайцами-беляками — своей основной добычей — выходит в лиственные молодняки. За год одна рысь уничтожает около 100 зайцев. Если зайцев мало, она охотится за другими животными, в том числе за бобрами. Обычны здесь и другие хищники смешанных лесов: лесные куницы и хорь, европейская норка, встречаются выдра, горностай, ласка, волк, лисица. В связи с близким стоянием грунтовых вод лисица здесь часто не роет нор, а устраивает логово в дуплах поваленных деревьев. После войны в заповедник проникла выпущенная в прилежащих районах енотовидная собака. По немногим дренированным холмам селится барсук.
Из копытных наиболее многочислен лось, который в прошлом был здесь почти истреблен. Встречаются кабаны, правда, в многоснежные зимы они откочевывают на запад. Косуля редка; в 20-х годах на территорию заповедника еще заходил дикий северный олень.
Из мелких грызунов преобладают серые и лесные рыжие полевки, встречаются также мыши — желтогорлая, полевая и малютка. Обычны белка и водяная крыса, встречается летяга. В 1936 г. в реки Тюдьму, Межу и оз. Чертоус были выпущены бобры из Воронежского заповедника. Они прижились и размножились, часть зверей вышла за пределы заповедника. Из зайцев обычен беляк; русак почти не заходит в сплошные леса, но встречается по окраинам. Из насекомоядных обитают крот, еж, землеройки-бурозубки.
В составе орнитофауны 141 вид гнездящихся птиц. Здесь обитают основные виды лесных тетеревиных: глухарь, рябчик и тетерев. На болоте Катин мох держится белая куропатка. Здесь же весной и осенью останавливается много пролетных водоплавающих. На болотах гнездится серый журавль. Наиболее разнообразны лесные воробьиные — зяблик, зарянка, пеночки, славки, лесная завирушка, крапивник и др. Расселяясь с востока, леса заселила глухая кукушка. Из дневных хищных птиц встречаются ястреба, канюк, осоед, кобчик, чеглок и дербник. Известны встречи сапсана, кречета и беркута. Много сов: болотная, филин, серая неясыть, обыкновенный, мохноногий и воробьиный сычи, зимой встречаются ястребиная и даже белая совы.
Направление научных исследований заповедника — изучение и охрана еловых и елово-широколиственных лесов Среднерусской возвышенности. С 1967 г. заповедник в содружестве с Ботаническим институтом РАН ведет исследования общей продуктивности лесов в плане Международной биологической программы.
