Elvens fjerneste kilde er Verkilsdalsvatn i Rondane, og samlet lengde er 97 kilometer. Halvparten av Rondane nasjonalpark ligger innenfor Atnas nedbørfelt. Berggrunnen er næringsfattig sparagmitt, og elva er da også næringsfattig. Det er likevel store verneverdier knyttet til vassdraget, særlig i øvre deler. Her er det mektige morene- og breelvavsetninger. Fra nasjonalparken renner elva nordøstover gjennom Dørålen landskapsvernområde, før den vender sørover mot Atnsjøen. Sju kilometer ovenfor Atnsjøen renner elva inn i Atnsjømyrene naturreservat. Her er verneformålet å ta vare på et myrkompleks i naturtilstand. Selv om dette er jordvannsmyrer, er det en artsfattig vegetasjon på grunn av den næringsfattige berggrunnen. Området har likevel et rikt fugleliv, med blant annet hekkende trane samt mange ande- og vadefugler.