Landschaftlich wird das NSG „Moosheide“ von ausgedehnten auf ehemaligem Dünengelände angelegten Kiefernforsten geprägt. Innerhalb der Waldkulisse befinden sich eingeebnete Äcker, die sich teilweise nach Aufgabe der landwirtschaftlichen Nutzung zu Zwergstrauchheiden und Silikattrockenrasen entwickelt haben. Heute werden durch Hüteschafbeweidung mit Heidschnucken und durch Beweidung mit Senner Pferden die Flächen offengehalten. Zudem wird das Naturschutzgebiet von den z.T. Wasser führenden Kastentälern Ems, Rosenlaken und Krollbach durchzogen. Auf deren Talsohlen erfolgte eine traditionell extensive Grünlandbewirtschaftung (Mahd, Beweidung). In ungenutzten Bereichen finden sich verschiedenste Sukzessionsstadien von Großseggenriedern bis hin zum Erlenbruchwald. An den Hangbereichen der Kastentäler von Ems und Krollbach sind reliktartig die Birken-Eichenwald-Gesellschaften der potenziell natürlichen Vegetation zu finden.
Unter den vielen im Untersuchungsgebiet nachgewiesenen höheren Pflanzen befinden sich zahlreiche Besonderheiten, so z.B. in den Kiefernwäldern Arten wie Keulen-Bärlapp oder Nickendes Wintergrün. Das weite Spektrum an Feuchteverhältnissen in den Offenlandbereichen ermöglicht das Vorkommen von Arten, wie Moor-Bärlapp und Rundblättrigem Sonnentau, die wechselnasse Bodenverhältnisse benötigen, und wärmeliebenden Arten wie Sand-Segge oder Heide-Nelke auf relativ kleinem Raum. Auch die Ackerflächen sind aufgrund ihrer nährstoffarmen Sandböden bemerkenswert. Auf ihnen finden stark gefährdete Ackerwildkräuter wie Lämmersalat oder Saat-Hohlzahn geeignete Wuchsbedingungen.
Ein besonders schützenswertes Element der Vogelgemeinschaft ist die Bodenbrütergemeinschaft der trockenen Offenlandbereiche mit Brutpaaren von Heidelerche, Baumpieper, Goldammer und vereinzelten Brutnachweisen des Ziegenmelkers. In den Waldbereichen der mosaikartigen Landschaft brüten Schwarzspecht, Grünspecht und Kleinspecht.
Die bundesweit gefährdete Zauneidechse ist über das Naturschutzgebiet verbreitet und erreicht auf den Magerrasen und Zwergstrauchheiden z. T. beachtliche Dichten.
Im sauberen Wasser des Krollbaches lebt das seltene Bachneunauge. Außerdem entwickeln sich hier die Larven zweier anspruchsvoller Fließgewässer-Libellen, Blauflügel-Prachtlibelle und Zweigestreifte Quelljungfer.
Als Charakterarten der Insektenwelt sind Schmetterlinge wie der Ockerbindige Samtfalter oder der Komma-Dickkopffalter bzw. Heuschreckenarten wie Feldgrille oder Heidegrashüpfer zu nennen.
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