Hanstholm Vildtreservat er et næsten 4.000 ha stort, øde hedelandskab, som veksler mellem høje klitter og vådområder med renvandede søer. I den østlige del ligger et morænelandskab med bakkeøer af kridt. Det er fx tydeligt ved Blegsø, som netop har sit navn efter den 15 m høje, kridhvide skrænt, der knejser over søen.
De små, lavvandede klitsøer er meget næringsfattige, og det klare vand giver sollyset mulighed for at trænge ned til bunden. Det giver gode betingelser for en særegen vegetation, som bl.a. omfatter grundskudsplanterne strandbo og tvepibet lobelie. Reservatet har et rigt fugleliv. Hvert forår og efterår raster et stort antal trækfugle i området, ligesom bl.a. tinksmed, rørhøg, mosehornugle, trane og rødrygget tornskade yngler her. Hanstholm Vildtreservat har en meget stor bestand af krondyr, der ligesom odderen nyder godt af de uforstyrrede forhold. I november 2012 blev en ulv fundet død i reservatet. Dette var det første sikre bevis på, at ulven efter 200 års fravær var tilbage i den danske natur.
Af hensyn til dyrelivet er der året rundt adgangsforbud i den centrale del af reservatet, hvilket i fuglenes ynglesæson fra d. 1. april til d. 15. juli også gælder resten af området. For besøgende er det dog stadig muligt at opleve landskabet og dyrelivet fra flere gode udsigtspunkter. Fra Isbjerg ved Nors Sø kan man skue ud over de lavere, våde områder, og med en kikkert er det ofte muligt at se krondyrene på den åbne hede. Også fra Hanstholm Fyr er der god udsigt over en stor del af området.
Tidligere flyttede vinden hele tiden rundt på sandet i området og dannede stadig nye klitter og klitsøer. Ved bl.a. at tilplante klitterne er en stor del af den dynamik stoppet. Beplantningen skete med hårdføre arter som rynket rose og bjergfyr, der i dag truer med at overgro det naturligt åbne naturområde. Naturstyrelsen foretager naturpleje i reservatet, hvilket bl.a. omfatter afgræsning med køer og heste.
Hanstholm Vildtreservat blev oprettet af staten i 1949, og i 1972 blev området fredet for at beskytte de landskabelige og naturmæssige værdier. Derudover indgår Hanstholm Vildtreservat i habitatområdet og fuglebeskyttelsesområdet Hanstholm Reservatet, Hanstholm Knuden, Nors Sø og Vandet Sø.
