它的独特的气候和双降雨模式，使这里成为仅有的生机盎然的沙漠。索诺拉沙漠里有居民、有巨大的仙人掌类植物、有矮树丛和多种灌木。在炎热的夏季，这里的温度高达110℉。和一般沙漠降雨量很小不同，索诺拉沙漠被认为是世界上最潮湿的沙漠，一年降雨量为3-15英寸（因在沙漠中的位置不同而有区别）。索诺拉沙漠的南部，冬天气温温和，多种植物和动物在这里休养生息。

索诺拉沙漠日晒旺盛、气候炎热。此地的象征物是高举着枝干的的北美洲巨人柱，这不是孤寂的栖木，专供荒漠上的兀鹫停歇；而是一座座蓄水池构成的森林，滋养着丰沛的生命。短短数小时的一场雨，就会使许多仙人掌长出新的支根来吸收水滴。这种植物的构造可像手风琴一般胀大，以容纳额外的液体。索诺拉生态系綂，显示一群群面对严苛环境的生物体欣欣向荣。

按纬度、高度、气候、地形、植被、土壤及人类利用情况，索诺拉沙漠可分为中纬度冷沙漠和中纬度热沙漠。北美大陆所有的大沙漠均与美国西部和墨西哥北部的山间盆地和山脉地区有关。属中纬度冷沙漠的有大盆地沙漠，位于包括内华达州几近全境、犹他州北部及周围各州之一部的地貌学上的大盆地之内。大盆地沙漠构成盆地和山脉区的绝大部分，其中包括俄勒冈州东南部的大沙沙漠、爱达荷州南部的蛇河平原、内华达州西北部多火山的布拉克罗克沙漠和犹他州西部的大盐湖沙漠。怀俄明州南部的雷德沙漠和亚利桑那州多色沙漠（Painted Desert）通常被认为不属于地貌学上的大盆地，但有时被视为大盆地沙漠的延续。大盆地沙漠南面融入莫哈维沙漠（MojaveDesert）和中纬度较热的沙漠地区。加利福尼亚州大盆地与莫哈维沙漠未确定的边界附近为一片呈烈日炎炎景象的死谷，谷底最深处低于海平面86公尺，为北美大陆最低点。莫哈维沙漠东南面与索诺拉沙漠相接。索诺拉沙漠覆盖了下加利福尼亚的大部分地区，并沿加利福尼亚湾南下至墨西哥的索诺拉州。索诺拉沙漠属下包括尤马（Yuma）沙漠和科罗拉多沙漠。东面为巨大的奇瓦瓦沙漠。

索诺拉沙漠的美丽是非常著名的，它具有多姿多彩的沙漠风光，不像其他沙漠那样只有黄沙漫漫。地质研究表明，索诺拉沙漠作为沙漠实际上只有几千年的历史，从地质上说太年轻，还没有完全进化成人们所熟悉的黄沙漫漫。那里依然有山，只不过不像一座完整的山，好像是用碎石堆起来的。同时，得益于索诺拉沙漠特殊的地理位置，这里依然有水，沙漠竟然与大海相会。因此，索诺拉沙漠的美丽是浪漫的，是多姿多彩的，就连好莱坞的导演也看好这块风水宝地，把这里作为科幻影片《星门》的拍摄地。

索诺拉沙漠是世界上生物品种最多的沙漠，是世界上最完整、最大的旱地生态系统之一。这个大沙漠里生活着60种哺乳动物，350种鸟，20种两栖类物种，100种以上爬行动物，30种当地鱼类，并有超过2000种当地的植物。很多植物在索诺拉沙漠恶劣的环境下生长茂盛。其中很多为了适应沙漠的气候而发生了物种的变化。索诺拉沙漠的植物包括龙舌兰科植物、棕榈科植物、仙人掌科植物、豆科植物等。

在最干燥的5和6月，冬天所下的雨水早已荡然无存，此时北美洲巨人柱仙人掌和它们在南方的近亲，体型更大的仙人镜仙人掌，枝顶都长出了锦簇的花团，雪白的花朵中满是花蜜。这些花养育了鸟类、昆虫，甚至还有蝙蝠，它们则以传粉作为回报。接着花朵发育成多肉的果实，为鬣蜥和美洲小狐等更多种类的动物提供食物和水分，直到夏天雷雨季开始为止。

索诺拉地区冬天少见冰霜，每年的两个雨季又相隔半年之久，但却拥有如此多样化的动植物相，比起别的沙漠，几乎可以算是富饶了。在部分专家眼中，与其说这里是沙漠，倒不如说它就像墨西哥南端的亚热带荆棘灌丛，只是比较干燥一点。在面对严苛环境的生物体能够欣欣向荣，而不只是苦撑而已。这得利于索诺拉沙漠得天独厚的生态系统。

索诺拉沙漠生活着17个美国土著民族。最大的城市为美国亚利桑那州的菲尼克斯，位于亚利桑那州中部的这个地区是美国增长最快的都会区，人口为400万。在北菲尼克斯地区，都市区以每小时4000平方米（即1英亩）的速度吞食原来的沙漠荒地。 第二大城市是亚利桑那州南部的图森，都会区人口约90万。墨西哥下加利福尼亚州的墨西卡利的人口也约为90万。墨西哥索诺拉州的埃莫西约的人口为70万。

索诺拉沙漠大约有300种仙人掌。除了仙人掌之外，有许多小乔木也代表了这片沙漠的特色，如小叶扁轴木、蓝花扁轴木、格吉栲、铁木和腺牧豆树；动物躲到这些小树下去休息、消化肚子里的食物时，就把富含种子的粪便排泄出来，刚好让巨柱或厚柱仙人掌得以在保护植物的庇荫下生长，幼年时期的仙人掌就是需要这样的生长环境。如果说这里的生物都是在苟延残喘，可北美洲巨人柱能一年制造数百万颗种子，寿命长达250年。

在沙漠，湿度是对生命的关键因素。在决定沙漠植物群落的特征及赖之维生的动物方面，当地的环境因素也很重要。大部分的沙漠植物是耐旱的或地下水湿生（靠永久性的水源供应）的，透过其根部系统和抗旱的适应性机制才能生存。在大盆地地区以灌木蒿和滨藜为代表性植物，莫哈维沙漠则以约书亚树、杂酚油木（三齿拉雷亚木）和一种藜科杂草为典型。索诺拉沙漠则有荆棘丛生的灌木（牧豆树、假紫荆属树木、铁木、黄栌和猫爪树）和多种靠湿气维生的肉质植物。亚利桑那高地沙漠以巨仙影掌著称，在奇瓦瓦沙漠（尤其是东部）则可以看到一大片牧豆树，一些较大的树散落各处，其下长有灌木丛，如丝兰、仙人果，以及各种各样的仙人掌。随著温度和湿度环境的改善，植物以及伴生的藻类、地衣、苔和昆虫也更为复杂。

沙漠有种类丰富的昆虫，其中蚱蜢有时多到破坏程度。蜥蜴、蛇和其他爬虫类最为常见，它们靠植物的汁液和吞食动物以取得水分。沙漠中的鸟类也与此类似，它们吞食昆虫和蜘蛛来获取水分，因而大多可以不靠水源，在沙漠中到处可见。齧齿类（包括小鼠、大鼠和松鼠）、兔子和蝙蝠是最为众多的哺乳动物，它们主要在夜间出来活动，白天高温时则躲在地底下，而且和鸟类、爬虫类一样，从食物中获取水分。在食物链上再往上一层的是诸如丛林狼、红猫、狐狸和北美臭鼬之类食肉动物；沙漠中最大的哺乳动物是海拔较高处的大角羊。保护色（通常极为复杂）是沙漠动物的一大特色。

索诺拉沙漠的北美洲巨人柱，是该沙漠特有的品种。索诺拉沙漠全年没有严重的霜冻，一年四季都有降雨，因而成为巨人仙人掌天然的故乡，这里满山遍野长着30多种北美洲巨人柱。它们是索诺拉沙漠的灵魂，也一直是美国亚利桑那州的象征。它们高达十几米，重达几吨，最多可活200多年，像勇敢的战士一样高高站立在索诺拉沙漠里。

北美洲巨人柱长得像人一样“年轻的时候一柱冲天，宛如图腾；到了75岁，身体上便长出胳膊一样的分枝，看分枝的多少，便大概可以知道它的岁数。所以，75岁是北美洲巨人柱的成人礼，此后便可按照自己的喜爱，向不同的方向伸展臂膀，拥抱属于自己的一片天一阵风。”因此，住在沙漠的当地印第安人说，它是另一种人类，像人类一样，北美洲巨人柱拥有一个身体骨架，骨架外包着一层多汁的果肉。如果将北美洲巨人柱的一只胳膊切断，那看上去就跟截肢一样。当北美洲巨人柱过于老迈或无法抵御病虫的侵害时，它的表皮就会脱落，露出里面干硬的木棍。这些木棍是北美洲巨人柱的枯骨，依然站立在沙漠中。北美洲巨人柱的灵魂是不会离开这片沙漠的，它似乎只是化作了另外一种东西，隐藏在铺天盖地的热土热风中。

北美洲巨人柱非常值钱，每株可卖800美元，因此任何砍伐或移植北美洲巨人柱的行为都必须得到政府的允许。另外，要把鲜嫩多汁、重达几吨的北美洲巨人柱运走，也是一个不小的难题。

1991年，美国亚利桑那州的菲尼克斯城在修建高速公路时，挖出了800具霍荷卡姆人的尸骨。考古学家们发现，其实早在公元3世纪，霍荷卡姆人就已在今天的菲尼克斯和图森自由地生活。在欧洲人来到北美之前，他们就建造了世界上最复杂的灌溉运河。

美国科罗拉多州的考古学家斯蒂夫·勒森说：“第一个来到这里的欧洲人到处看到的是摇摇欲坠的废墟。在这里，随便动动脚下的土地——埋一截下水道或建一段公路，都能碰到霍荷卡姆人留下的尸骨或物品。”霍荷卡姆人是沙漠生活的主人，后来他们突然消失了，但不是因为干旱，而是因为洪水。1353年的冬天，这里下了一场罕见的大雪，后来，融化的雪水把他们冲走了。

现代的菲尼克斯城就是在霍荷卡姆人留下的废墟上建立起来的。通常，人们很难在缺水地方大量地聚居，然而，索诺拉沙漠却诞生了菲尼克斯、图森等大都会。为了解决这些城市的用水问题，美国政府几十年前就开始了“中心亚利桑那”计划（有点类似中国的“南水北调”计划），将科罗拉多河水抽到亚利桑那州，满足了菲尼克斯、图森等城市急剧上升的用水需求，保证了这些城市的繁荣。作家查克·鲍登说：“在索诺拉沙漠，没有小城镇，但出现了菲尼克斯、图森这样的大都会，真是让人觉得不可思议。这些城市既像沙漠里的浮舟，又像是人类在月球的定居地。”　

为保护索诺拉沙漠里特有和珍稀的动植物，美国于2000年发行“大自然系列”之一《索诺拉沙漠》。这枚小版张共有十枚邮票组成，其边饰和过桥均是当地的风光和地貌。图案正面展示了索诺拉沙漠绚丽富饶的独特风采，也列举了二十五种具有代表性的动植物的画面。而在邮票的背面，是关于索诺拉沙漠的简介和物种名称。