Территория заповедника относится к Казахстанской сухостепной провинции тёмно-каштановых и каштановых почв. Однако для неё характерно значительное разнообразие почвенного покрова, выражающееся в различии почв по механическому составу, степени увлажнения и засоленности.

На плоских водоразделах, окружающих Тургайскую ложбину, сформировались тёмно-каштановые суглинистые и тяжело-суглинистые почвы с широким распространением солонцовых почв в комплексе с солончаковатыми солонцами.

На большей части современной территории заповедника, относящейся к геоморфологическому уровню денудационно- аккумулятивных супесчаных равнин, представлены тёмно-каштановые песчаные и супесчаные почвы. Под лесной растительностью в Наурзумском бору развиты дерново-боровые почвы.

В Тургайской ложбине вокруг озёр системы Сарымоин и Аксуат преобладают лугово-каштановые и луговые почвы в комплексе с солончаками.