A pesar de estar a sólo treinta millas al norte del ecuador, la temperatura a estas alturas puede ser bastante fría por la noche cuando las nubes y la lluvia llegan. La temperatura generalmente fluctúa entre 16°C y 25°C. El noroeste de Ecuador es uno de los climas más húmedos de la Tierra. La estación más seca suele ser de julio a octubre. La alta pluviosidad y el 100% de humedad durante gran parte del día son fundamentales para las comunidades vegetales y animales que han evolucionado en estos bosques. Aquí se superponen la flora y la fauna de las regiones centroamericana, amazónica y andina, creando una de las zonas con mayor diversidad biológica del planeta.

Se estima que hay más de 400 especies de aves en la reserva, con 358 especies registradas hasta junio de 2020. Algunas de las aves más amenazadas de Ecuador, como el águila andina, en peligro crítico, se encuentran aquí, así como tangaras, halcones, loros, búhos y tucanes, por nombrar sólo algunos. Más de una docena de especies de colibríes zumban por todo el bosque, algunos de ellos de apenas un centímetro de longitud. El impresionante Pájaro paraguas, el Gallito de la peña, el Tucán Barbudo y el colorido Quetzal de Cabeza Dorada también tienen su hogar en esta reserva.

Seis especies de felinos recorren la reserva: Jaguarundi, Margay, Ocelote, Oncilla, Puma y la subespecie occidental de Jaguar. Por la mañana, junto con el coro de pájaros, es probable escuchar al mono aullador ecuatoriano. Otros dos primates son los capuchinos de cabeza blanca y el mono araña de cabeza marrón, en peligro de extinción. La única especie de oso sudamericano, el oso de anteojos, habita en las zonas más altas de la reserva y ha sido visto en varias ocasiones. La reserva también alberga numerosas especies de serpientes, lagartos y ranas que se observan a menudo. Muchas de estas especies son raras y están en peligro de extinción. Por ejemplo, la reserva cuenta con una rana de lluvia que sólo se conoce en Los Cedros, Pristimantis cedros, y otra que sólo se conoce en Los Cedros y en otra localidad, Pristimantis mutabilis. Los invertebrados, que abarcan miles de especies, dominan la biomasa faunística. En Los Cedros hay cientos de especies de polillas nocturnas, la mayoría con diseños y colores alares sorprendentes. También hay miles de especies de mariposas, hormigas, escarabajos, arañas, moscas y abejas, muchas de las cuales no están descritas. Entre las especies arbóreas abundantes se encuentran el copal, el madroño, el aguacatillo, la higuera estranguladora y la guandera. El número de especies arbóreas por hectárea es muy elevado, estimándose en hasta 400/ha. El denso suelo y sotobosque conforman una espesa red de raíces, lianas, enredaderas, material vegetal en descomposición y abundantes hongos. La zona es especialmente rica en orquídeas, con más de 200 especies identificadas, muchas de las cuales fueron descritas en la reserva, con una previsión (por Cal Dodson) de 200 aún por descubrir.

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