Территория заповедника, согласно физико-географическому районированию СССР (1968) и Среднего Поволжья (1964), расположена в пределах лесной зоны Русской равнины подзоны хвойно-широколиственных лесов Ветлужско-Унженской географической провинции Ветлужско-Кокшагскогополесского района Оршано-Кокшагской флювиогляциальной равнины. По ботанико-географическому районированию Республики Марий Эл (Абрамов, 2000) она входит в Ветлужско-Юшутский район.
В тектоническом отношении территория заповедника расположена на восточной окраине Русской платформы в пределах Волго-Уральской антеклизы и Чебоксарского прогиба. На кристаллическом фундаменте данного участка в течение длительного времени сформировалась мощная толща осадочных дочетвертичных и четвертичных отложений. Дочетвертичные отложения представлены путятинской и юрловской свитами верхнетатарскогоподъяруса верхнепермской системы. Литологический состав пород характеризуется переслаиванием песков и песчаников, глин и алевролитов, мергелей и известняков. Поверхность дочетвертичных отложений изрезана эрозионными процессами, поэтому мощность горизонтов часто не выдержана. Понижения заполнены в основном четвертичными отложениями, а русло древней речной долины U- образной формы с крутизной склонов от 0,5 до 5°, проходящей через территорию заповедника, слагают неогеновые верхнеплиоценовые образования, состоящие из песков с прослоями глин и алевролитов.
Четвертичные отложения отличаются большим разнообразием состава, мощности, условий залегания и происхождения. Они представлены комплексом флювиогляциальных, аллювиально-флювиогляци-альных, аллювиальных, аллювиально-делювиальных, озерных и болотных образований, состоящих из песков, суглинков, глин, песчаников (иногда с гравием и галькой), мергелей и торфа. Древние нижне- и среднечетвертичные аллювиальные отложения, сформированные речными потоками, перекрыты более поздними аллювиальными отложениями, слагающими пойму и надпойменные террасы долины р. Б. Кокшага, аллювиально-флювиогляциальными отложениями склонов речной долины, флювиогляциальными отложениями водоразделов. В пойме реки Большая Кокшага развиты современные аллювиальные отложения: пески, супеси и суглинки. Имеют распространение отложения торфа в верховых, переходных и низинных болотах, а также отложения донного ила в озерах.
На территории заповедника преобладают аккумулятивные формы рельефа, т. е. созданные в результате накопления вещества. Они представлены речными долинами и зандровыми, т. е. озерно-ледниковыми, равнинами. Глубина эрозионного расчленения составляет 25–50 м. Наивысшая точка имеет отметку 130,2 м над уровнем моря по балтийской системе (кв. 11), а низшая — 80 м (д. Шушер). Слабая расчлененность территории обуславливает близкое залегание к поверхности грунтовых вод и развитие процессов заболачивания.
Надпойменные террасы имеют относительно ровные, часто заболоченные поверхности, наклоненные в сторону русла реки. Уступы террас в рельефе выражены достаточно четко. Рельеф поверхности террас несколько осложнен эоловыми образованиями (дюнами). На территории заповедника в строении долины реки принимает участие, в основном, первая надпойменная терраса шириной 1 — 1,2 км.
Долинный зандр р. Б. Кокшага сформирован в половодно-ледни-ковых условиях. Поверхность относительно ровная, осложнена песчаными дюнами и суффозными западинами, заполненными болотными отложениями. Водораздельный зандр, расположенный между реками Б. Кокшага и Б. Кундыш, распространен достаточно широко. Он занимает правобережную по отношению к р. Б. Кокшага часть территории заповедника. Поверхность зандра полого-волнистая, слабо расчлененная неглубокими ложбинами и долинами речек и ручьев. Она несколько осложнена суффозионными просадочными западинами и дюнными образованиями.
Долина р. Б. Кокшага и зандровые равнины, расположенные в пределах территории заповедника, характеризуются крайне незначительной закарстованностью, выраженной в единичных проявлениях карста на больших глубинах и старыми карстовыми озерами (Шушьер, Кошеер). Карстовые явления связаны с выщелачиванием доломитово-сульфатной толщи нижней перми, залегающей на больших глубинах.
Овражно-балочная сеть ограничена и представлена в основном ложбинами, через которые происходит сток поверхностных вод в озера, болота, ручьи и реки. В целом рельеф территории заповедника отличается определенной консервативностью. Исключение здесь составляет лишь пойма р. Б. Кокшага, где происходит интенсивный процесс меандрирования и руслообразования.
Основными ландшафтами заповедника являются дюнно-бугристые и пологоволнистые зандровые равнины, покрытые в основном сосняками и березняками, а также пойменные урочища, занятые вдоль р. Б. Кокшага дубово-липовыми насаждениями, а вдоль малых рек и ручьев — березовыми или черноольховыми с небольшой примесью ели. В обширных понижениях рельефа на водоразделах и в притеррасной части поймы р. Б. Кокшага распространены болота переходного типа, заросшие также березняками и черноольшанниками. Верховых болот на территории заповедника немного и все они заняты сосняками сфагновыми. Имеются также и приозерные ландшафты, часть из которых довольно своеобразна (примером является оз. Кошеер, зарастающее сфагновой сплавиной, занятой отчасти редкостойным низкобонитетным сосняком). Очень небольшие площади заняты луговыми пойменными и поселковыми ландшафтами.
