Рельеф заказника "Толбузинский" холмисто-волнисто-увалистый, резко пересеченный, с узкими водоразделами. Наиболее высокие точки водораздельных увалов достигают 360 - 580 м над уровнем моря.
Климат континентальный с чертами муссонного. Среднегодовая температура воздуха - -2,0° C, среднемесячная температура января - -27,6° C, июля - +18,9° C. Время с устойчивыми морозами - до 6 месяцев. Средняя высота снежного покрова - 27 см. Продолжительность залегания - до 170 дней. Среднегодовое количество осадков - 380 - 500 мм. Влажность воздуха изменяется в пределах 60 - 80%.
Гидрографическая сеть включает участки рек Буринда, Ульдыгичи и небольшие ключи. Крупных озер нет. Встречаются незначительные по размерам пойменные озера-старицы.
Почвы буро-таежные глеевые, сформированные на преимущественно прерывистых многолетнемерзлых горных породах.
Заказник "Толбузинский" находится в зоне хвойных лесов, подзоне южной тайги. Основная лесообразующая порода - лиственница, в значительно меньшей степени - сосна и береза плосколистная. Наиболее распространены разнотравно-брусничные, рододендроновые, брусничные и багульниковые лиственничники.
Луга занимают большие территории. Распространены вейниковые, вейниково-разнотравные, вейниково-осоковые луга, а также луга со значительным участием кустарников - ерниковых берез и ив.
Заболоченные территории представлены преимущественно осоково-вейниковыми и осоковыми марями.
Животный мир слагают представители комплекса светлохвойной тайги, в который с юга проникают представители маньчжурской и степной фауны.