Das Gebiet des Pfaffenweihers liegt auf dem gebiet der Gemeinden Deitingen und Subingen und beherbergt einen Mischwald in einer flachen Terrainwanne auf würmeiszeitlicher, wasserundurchlässiger Grundmoräne.
Das Kerngebiet wird durch ein Übergangsmoor mit Grossseggen und Torfmoosbeständen gebildet, welches Ansätze eines Hochmoors zeigt. Der Boden besteht in diesem topographisch recht einheitlichen Gebiet aus einer stark sauren Braunerde, welche stellenweise stauwasserbeeinflusst ist. In der Reservatsmitte befindet sich ein mooriger Weiher.
Der östliche Teil ist nass und von einem Seggen-Schwarzerlen-Bruchwald bewachsen, der westliche Teil eher trocken. Auf ihm wächst natürlicherweise der Waldmeister-Buchenwald mit Hainsimse. In der Krautschicht tritt oft flächig das Wald-Seegras (Carex brizoides) auf. Der Pfaffenweiher ist neben dem Burgäschi- und dem Inkwilersee das wertvollste und grösste Feuchtgebiet im Wasseramt (Kt. Solothurn) und hat damit überregionale Bedeutung.