Dans le massif du Jura, en altitude, les facteurs climatiques sont propices à l'installation de tourbières. A partir de cuvettes remplies d'eau, les tourbières se forment et évoluent lentement depuis environ 12 000 ans : colonisation de l'eau libre (tremblants), bas-marais alcalin, puis tourbière bombée (haut-marais acide), caractérisée par l'installation des coussins de sphaignes. Enfin, l'assèchement et l'installation des ligneux marquent le stade ultime. Souvent, la tourbière est dite " mixte ", présentant différents stades et des formes de transition riches en espèces.
C'est le cas des tourbières de Mouthe, représentatives des différents stades évolutifs entre bas et haut-marais. Dans cette mosaïque de groupements, les plus intéressants du point de vue écologique sont le bas-marais alcalin tourbeux à para-tourbeux, un petit secteur de pelouse acide oligotrophe à nard raide et surtout, une tourbière bombée active, dont une partie se boise lentement (pin à crochets).
Ces biotopes spécialisés engendrent des écosystèmes particuliers. A cet égard, les tourbières de Mouthe sont particulièrement riches : elles abritent douze espèces de plantes protégées à l'échelon national ou régional, dont la laîche étoile des marais et la laîche des bourbiers, le lycopode des milieux inondés, le rossolis à feuilles rondes, l'andromède à feuilles de polium et le bouleau nain. Cette dernière espèce est surtout représentée dans les fosses de recolonisation de la tourbière des " Seignes ", largement exploitée dans le passé. Des mégaphorbiaies d'altitude (végétation de hautes herbes) se développent autour du Doubs.
En liaison avec la diversité des habitats, la richesse entomologique des tourbières de Mouthe est assez élevée. Parmi les 26 espèces de papillons de jour recensées, deux sont protégées : le damier de la succise et le cuivré de la bistorte, très localisé dans le Jura. Quatre espèces protégées d'amphibiens et de reptiles sont présentes, dont le triton alpestre et le lézard vivipare.