A félsziget földtani felépítésében nagymértékben eltér a Balaton-felvidék más területeitől. A terület fiatal alapzatát miocén mészkő alkotja, rajta pannon rétegsorral. Tihany jelképe lehetne a valaha a Pannon-tengerben élt "balatoni kecskeköröm" (Congeria ungula caprae) is. A lepusztult pannon üledékre bazalttufa sorozat rakódott, melynek számos érdekes feltárása ma is látható, pl. Barátlakások. A felszíni kőzetek szerkezete és formái a vulkanizmus robbanásos tevékenységét bizonyítja. Különleges földtani értékei a gejzírképződmények, amelyek hévforrások vizéből keletkeztek.

Eredetinek tekinthető társulás a félszigeten a szilikát sziklagyep, benne sok délies hatást jelző növénnyel, mint a borzas szulák és a vetővirág. Az őszi csillagvirág szubmediterrán elterjedésű, ritka, védett növényfaj hazánkban. Az emberi beavatkozásoktól mentes Külső-tó nádasa nyílt vízfoltokkal tarkított. Partján mocsárrétek és sásos állományok találhatók.
A Tihanyi-félsziget zoológiai szempontból az ország egyik legjobban feltárt része.

Több olyan mediterrán jellegű faj is van, amelynek tihanyi előfordulása hazánkban unikális értéknek számít, pl. a nyugati ajtóscsiga és az óriás énekeskabóca. Különösen kiemelkedő a fészkelő nagy kócsagok és vörös gémek száma, de több további védett faj is említhető, pl. a bölömbika, a nyári lúd, a kabasólyom, a gyurgyalag és a fekete harkály. Az emlősök közül jelen van a fokozottan védett vidra. Az elmúlt években sikeresen zárult az ürge visszatelepítés a szürkemarhákkal legeltetett -kezelt- gyepeknek köszönhetően.
A félszigetet kiemelkedő geológiai értékei miatt 2003. július 1-én Európa Diplomás területté nyilvánították.

A Tihanyi-félsziget bemutatásában partnerünk volt a Balaton-Felvidéki Nemzeti Park!