Martinselkosen vesistä suurin osa kuuluu Oulujoen vesistöön, ainoastaan kaakkoiskulman Teerilampien, Rajalammen, Niitty- ja Mustalampien sekä Hoikkajärven vedet virtaavat Vienan Kemijokea myöten Vienanlahteen. Oulujokeen ja sitä myöten Pohjanlahteen virtaavien Karttimo- ja Martinjokien valuma-alueilla on ollut hakkuita. Vienanmereen virtaavien vesien ääreltä tapaa Kainuun alueelle harvinaista kutakuinkin kirveen koskematonta metsää.
Kaskeaminen on ollut yleistä, joten kaulattuja keloja ja kaskikantoja näkee alueella tuon tuosta. Jokien varsilla kasvavaa heinää on niitetty ja varastoitu joen varsien latoihin. Rantaniittyjen laitamilla on heinätöiden aikaisten asumusten, niittysaunojen, pohjia. Luhtaniittyjä on jonkin verran kunnostettu.
Alueen länsiosassa virtaava Karttimojoki on ollut tärkeä kulkuväylä. Se on ollut yhdysväylänä Vienan Karjalaan ja Elias Lönnrotkin kulki runoja kerätessään jokea pitkin. Vielä 1950-luvulla pirttivaaralaiset soutivat jokea pitkin Juntusrantaan kauppaan hakemaan elintarvikkeita. Uittoväylänäkin käytetyn joen varrella on joitakin uittorakenteita.
Martinselkosesta kolmannes on suota
Martinselkosen pinta-alasta lähes puolet on metsää. Eteläosassa metsät ovat hyvin karuja, mäntyvaltaisia kankaita. Pohjoisosassa lehtipuun osuus lisääntyy ja maisema on rehevämpää. Hyönteis- ja sienilajistoa monipuolistavaa lahopuuta on tasaisesti koko alueella. Vanhojen metsien lajisto on kaikissa eliöryhmissä edustava. Alueen suurin harvinaisuus lienee raidantuoksukääpä.
Kolmannes alueesta on suota. Lähes kaikki erilaisten rämeiden, korpien ja soistuvien kankaiden tyypit ovat edustettuna. Enimmäkseen karuilla soilla esiintyy tyypillisesti mm. tupasvillaa ja saroja. Lakkaa ja karpaloa kasvaa paljon. Rehevämmillä soilla tavataan Kainuussa melko harvinaista punakämmekkää, mutta muuten suolajisto on Kainuulle tyypillistä peruslajistoa.
Vesiä on noin 160 hehtaaria: Jokia, erikokoisia lampia ja lampareita sekä yksi järvi. Martinselkosessa ollaan latvavesillä, vedenjakajalla. Vedet tuovat maisemaan ja lajistoon vaihtelua ja vesistöt ovat olleet tärkeitä kulkureittejä mm. luhtaniityille, joilla niilläkin on oma eliöstönsä.
Erämaisella alueella tavataan kaikkia neljää suurpetoamme; ahmaa, karhua, sutta ja ilvestä. Amerikanmajava (ent. kanadanmajava) on tuttu ahertaja alueella. Martinselkosessa palkivat eli laiduntavat myös porot.
Lintulajisto on runsas. Petolinnuista haukkojen sukua edustavat mehiläishaukka, varpushaukka ja ampuhaukka ja pöllöjä varpuspöllö, suopöllö, lapinpöllö ja helmipöllö. Soilla voi nähdä mm. kurjen ja laulujoutsenen. Martinselkosen tunnuslintu voisi olla metsähanhi, joka pesii ja piilottelee kesän sulanvaihtoaikansa syrjäisillä lammilla. Metsokin soi Martinselkosessa. Itäisiä salomaisen metsän lintulajeja ovat mm. pikkusieppo ja pohjantikka. Taajamista tuttua tervapääskyn kirskuntaa voi kuulla iltaisin - laji kun pesii korkealla kelonkoloissa myös Martinselkosessa.
