Unterhalb des Naturschutzgebietes verläuft das Gimmlitztal geradlinig in nordwestliche Richtung durch Granitporphyr. Eine Horizontalverschiebung der Erdkruste hat den Granitporphyrgang um 600 m in seiner Längserstreckung versetzt. Einen schönen Blick ins Gimmlitztal und nach Frauenstein bietet der touristisch erschlossene, 712 m hohe felsige "Knochen", ein mit Buschwerk bewachsener Granitporphyr-Härtling, 400 Meter südlich der Hermsdorfer Gaststätte "Grüne Tanne". Außer den Wiesen erkennt man auch, wie stark heutzutage dunkle Fichtenforsten das Tal prägen.
Die Gimmlitz führt sehr sauberes Wasser (Güteklasse I-II) und weist einen sehr naturnahen Zustand hinsichtlich der Laufentwicklung sowie seiner Sohle- und Uferbeschaffenheit von der Quelle bis zur Mündung in die Talsperre Lichtenberg auf. Da das gesamte Gimmlitztal im Einzugsbereich der Talsperre liegt, wurde dieses in die Trinkwasserschutzzone II b eingestuft. Gespeist wird die Gimmlitz von kleinen Bächen (Kalkfluss, Krötenbach, Kleine Gimmlitz oder Mäusebach, Walkmühlenbach), die sich in die größtenteils bewaldeten Hänge eingeschnitten haben. Die Kalkvorkommen am Oberlauf der Gimmlitz bewirken, dass kalk- (bzw. bicarbonat-)reiches Wasser in das Fließgewässer gelangt und somit eine Basenanreicherung erfolgt. Diese wirkt einer allgemeinen Versauerung entgegen, die in den Bächen der oberen Lagen des Erzgebirges häufig durch die Wirkung saurer Niederschläge verursacht wird. Trotzdem wird die Wasserqualität durch Stickstoffeinträge aus Düngung und Beweidung negativ beeinflusst. Das gut funktionierende biologische System der Gimmlitz baut diese Einträge jedoch auf den nachfolgenden Fließstrecken durch natürlich Selbstreinigungsprozesse wieder ab.
Die Talaue der Gimmlitz war im 19. Jahrhundert als nahezu durchgehende Wiesenaue ausgebildet. Diese wurde später durch Aufforstungen, kleinflächige ackerbauliche Nutzungen sowie natürliche Verbuschung reduziert. In den 60er Jahren des 20. Jahrhunderts erfolgten weitere Aufforstungen während des Baus der Talsperre Lichtenberg, damit die Trinkwasserqualität nicht durch Überweidung und damit verbundene Verunreinigungen gefährdet würde. Als sehr nachteilig wirkte sich die Aufforstung mit Fichtenmonokulturen aus, die beidseitig bis an die Gimmlitzufer erfolgte. Einerseits führte die eingetragene Nadelstreu zur Versauerung des Gewässers, und andererseits bewirkte die Beschattung der Uferbereiche einen Artenrückgang innerhalb der Fließgewässerfauna. Auch gingen wertvolle Feucht- und Bergwiesen verloren. Trotz der vorauszusehenden negativen Auswirkungen wurden auch noch 1990/91 mehrere Wiesen, darunter eine größere Fläche unterhalb der Illingmühle, in Fichtenforste überführt. Die noch verbliebenen Wiesen werden heute größtenteils als Mähwiesen genutzt oder liegen brach. Im Bereich der ehemaligen Mühlengrundstücke werden sie teilweise auch mehr oder weniger extensiv beweidet.
Das Gimmlitztal bietet ein weites Spektrum von Wäldern, Berg- und Feuchtwiesen, Bachauen, Felsen, Sümpfen und Quellmooren. Als potentiell natürliche Vegetation der Hanglagen ist ein montaner Fichten-Tannen-Buchenwald anzunehmen, während in den Talauen Erlen-Eschen-Bachauenwälder sowie erlen- und weidenreiche Kalkquellmoore dominieren müssten. Dies entspricht durch die Aufforstungen mit Fichten-Monokulturen nur zum Teil der Realität. So handelt es sich bei den anzutreffenden Waldgesellschaften um relativ großflächige Wollreitgras-Fichtenforste sowie brachliegende Edellaubholzsäume im unteren Gebietsteil, die keiner spezifischen Gesellschaft zugeordnet werden können.
Zu den Bergwiesen zählen die nicht nur im Naturschutzgebiet vorkommenden, basenliebenden Storchschnabel-Goldhafer-Bergwiesen sowie die weiter verbreiteten, sauren Bärwurz-Rotschwingel-Bergwiesen. Zu den Feuchtwiesen gehören die Kohldistel-Feuchtwiese, die Mädesüß-Staudenbrache, der Waldsimsen-Sumpf, die Flatterbinsen-Feuchtweide, das Rohrglanzgras-Röhricht und das Schlankseggen-Ried. Die Artenzusammensetzung der verschiedenen Feuchtwiesengesellschaften ist recht vielfältig. Typische, häufige Vertreter sind Wiesen-Knöterich, Flatter-Binse, Mädesüß, verschiedene Seggen, Wald-Simse, Sumpf-Kratzdistel. In einer Mädesüß-Staudenbrache in der Nähe der Kummermühle kommen drei Unterarten des Bachquellkrautes vor. Im sauren Braunseggen-Sumpf, der im Gimmlitztal mehrfach anzutreffen ist, fallen die meisten kalkholden Arten aus. Hier überwiegen Bestände mit der Schnabel-Segge. An vielen Stellen, unter anderem an der ehemaligen Finsterbuschmühle, haben sich Hochstaudenfluren mit Aromatischem Kälberkropf herausgebildet.
Durch die Pflegeeinsätze der Grünen Liga Osterzgebirge ("Burkersdorfer Heuwende-Wochenende") ist in den letzten Jahren eine etwa halbhektargroße Bergwiese südöstlich von Burkersdorf bekannt geworden. Inmitten des Waldes am rechten Gimmlitztalhang (525 m) zeigt sie eine mit etwa 60 Arten reichhaltige Palette typischer Berg- und Nasswiesenpflanzen. Eine Besonderheit ist dabei das Vorkommen des kalkliebenden Wundklees.
An quelligen, sickerfeuchten Standorten gedeiht an den Gimmlitz-Talhängen nicht selten die Weiße Pestwurz. An Waldrändern und im wechselfeuchten Gebüsch (Nähe Dittersbacher Weg) sind die Frühlingsblüher Hohe Schlüsselblume, Busch-Windröschen, Sumpf-Dotterblume und Scharbockskraut nicht selten. In der Vorsperre Dittersbach (oberhalb der Straßenbrücke) bildet der im Juni blühende Wasser-Hahnenfuß Massenbestände.
Auch im Bereich der Tierwelt kann der Naturfreund vielfältige Beobachtungen machen. So sind im gesamten Gebiet 92 Vogelarten erfasst worden, von denen 51 als regelmäßige Brutvögel gelten. Bei den Lurchen und Kriechtieren wurden im Gebiet sieben Arten erfasst. Dazu gehören Feuersalamander, Bergmolch, Erdkröte und Grasfrosch bzw. Blindschleiche, Ringelnatter, Kreuzotter und Waldeidechse. Die Bestände aller Arten sind mehr oder weniger stark rückläufig.
Weitere schöne Entdeckungen kann der Naturfreund bei der Beobachtung der farbenprächtigen Schmetterlinge machen. Insbesondere die Tagfalter bieten im Sommer an den unterschiedlichsten Blüten ein prachtvolles Naturschauspiel.
15 Kilometer fließt die Gimmlitz - die zahllosen Mäander gar nicht mitgerechnet - von ihrer Quelle bis zur Talsperre Lichtenberg, ohne ein Dorf an ihren Ufern. Die Einsamkeit des Wald- und Wiesentales macht seinen besonderen Reiz als Wander- und Radlerziel aus.
So ganz einsam ist es dann aber doch nicht an der Gimmlitz. Das Klappern vieler Mühlräder gehörte früher zum guten Ton des Tales. Obwohl dies heute nicht mehr so ist und etliche Mühlen inzwischen verschwunden sind, erfüllen inzwischen wieder einige Bewohner die Gegend mit Leben und guten Ideen.
Unterhalb des Hermsdorfer Kalkbruches befinden sich die Gebäude der ehemaligen Schmutzlermühle. Ursprünglich ein Sägewerk, diente sie nach dem 1. Weltkrieg als Rossschlächterei, als Wanderheim der Stadt Freital und Jugendherberge, nach dem 2. Weltkrieg dann als Unterkunft für Wohnungssuchende und Vertriebene, später für Kalkwerksarbeiter, als Wanderhütte, Kinderheim und gegenwärtig zu Wohnzwecken.
Die alte Weicheltmühle auf Reichenauer Flur ist seit 1977 als Technisches Denkmal geschützt. Sie wurde 1807 als Mahlmühle mit oberschlächtigem Wasserrad erbaut. Bäckerei und Landwirtschaft gehörten zur Mühle. Das Mahlwerk wurde um 1900 durch ein Stampfwerk für Futter- und Knochen ersetzt. Da sich die Weicheltmühle als Mühlenmuseum immer mehr zu einem touristischen Zentrum entwickelt hat, wurde hier, inmitten der Gimmlitzwiesen, am 9. Juni 2003 ein zünftiges "Bergwiesenfest" begangen.
Die Müllermühle oder Niedere Weicheltmühle wurde erst 1869 erbaut und war Sägewerk. Nach mehrfachem Besitzerwechsel wurde sie aufgegeben und ist heute ("Die Insel" genannt) von einem Künstlerehepaar bewohnt. An einem Fachwerkgiebel wurde die "Bergmannsglocke" der Friedrich-August-Zeche angebracht.
Unterhalb folgt die schon 1486 erwähnte Illingmühle, die - wie viele Mühlenanwesen - ein sehr bewegtes Schicksal hatte mit immer wieder wechselnder Nutzung: hauptsächlich als Schneidemühle, zeitweise auch noch Mahlmühle, Kistenfabrik usw. Ein Ausbau zum Museum ist vorgesehen. In der Nähe befinden sich noch mehrere Wohn- und Wochenendhäuser. 2003 wurde hier der "Förder- und Naturverein Gimmlitztal e.V." gegründet. Anliegen dieses Vereins sind die Förderung der Infrastruktur, des Natur- und Gewässerschutzes, die Propagierung der natürlichen und historischen Schätze des "Tals der Mühlen" sowie die Entwicklung eines "sanften Tourismus".
Um 1786 entstand die Finsterbuschmühle. Sie war Lohnschroterei, später Stellmacherei (Ski-Herstellung), dann Karosseriebau. Infolge des Talsperrenbaus wurde sie in den 1960er Jahren abgebrochen. Etwa 600 m oberhalb, im Tal der Kleinen Gimmlitz auf Nassauer Flur, existierte von 1862 - 1897 die Steinmühle. Einzig die zu Frauenstein gehörige Kummermühle ist erhalten geblieben. Ihr früherer Name "Sandmühle" nimmt Bezug auf eine zweite Erzwäsche des Reichenauer Erzbergbaues. Später wurde sie Sägemühle, dann Ferien- bzw. Wohnheim. Die ältesten Frauensteiner Mühlen waren Rats- und Walkmühle. Beide wurden 1970 ebenso abgebrochen wie die Schiller-, Kempe- und Erler-Mühle (zu Burkersdorf), im Zusammenhang mit der Errichtung der Talsperre Lichtenberg .
Wer im Gimmlitztal wandert, sieht sich fast immer von Mühlgräben begleitet. Sie sind als letzte Zeugen des Mühlengewerbes auch dort noch vorhanden, wo die Mühlengebäude längst verschwunden sind. Entlang eines "Mühlenwanderweges" wurden an allen ehemaligen und noch vorhandenen Mühlenstandorten auf Initiative des Frauensteiner Kulturvereins e.V. Erläuterungstafeln angebracht. Auch gibt es einen "Skulpturenweg".