Jaskinia składa się z trzech ciągów prawie równoległych korytarzy i sal połączonych w części północno-zachodniej Komorą Wstępną i Salą Studentów. Komora Wstępna ma około 20 m długości i 3-5 m szerokości.
Ciąg południowo-zachodni rozwinięty jest w formie największej w całej jaskini sali - Komory Złomisk, mającej około 30 m długości i 4-6 m szerokości. Wysokość Komory sięga 4 m. Północna część Komory Złomisk wypełniona jest oderwanymi od stropu dużymi blokami skalnymi, które tworzą górne piętro podniesione od 2 do 3 m ponad dno komory. Komora Złomisk połączona jest obecnie chodnikiem górniczym (długości 40 m) z Salą Kolumnową.
Ciąg środkowy jaskini, biegnący w przedłużeniu sztolni i tunelowego korytarza wejściowego, poprzez Salę Wysoką, Salę Stalaktytową i Salę Kolumnową, kończy się systemem zwężających się stopniowo szczelin, z których jedna nosi nazwę Korytarza Mleka Wapiennego. Ten główny ciąg jaskini ma około 58 m i szerokość średnią 4-6 m, rozszerzając się w salę o szerokości do 15 m i wysokości do 8 m (Sala Wysoka). Każda z sal ma mniejsze, krótkie boczne odgałęzienia, a sale: Stalaktytowa i Kolumnowa - dłuższe, ciasne korytarze szczelinowe o szerokości do około 0,5 m.
Północno-wschodni ciąg jaskini stanowi część Salki Studentów i niski Korytarz Niedostępny, liczące łącznie około 32 m długości oraz 1-3 m szerokości. Ten ostatni fragment jaskini Raj leży poza zasięgiem udostępnionej trasy turystycznej i traktowany jest jako jej część podlegająca ochronie ścisłej.
Jaskinia o typowym rozwinięciu poziomym, powstała w gruboławicowych wapieniach środkowodewońskich. Wapienie zapadające monoklinalnie na południe pod kątem 10-25° wykazują stromo ustawione spękania ciosowe o dominujących kierunkach: 140°, 112°, 83°, rzadziej 40°, 5°. Wzdłuż dwu pierwszych z wymienionych kierunków rozwinęły się ciągi korytarzy i sal jaskini.
Kształt korytarzy jaskini w jej wlotowej, północno-zachodniej części ma na ogół charakter tunelowy, natomiast w części południowo-wschodniej - szczelinowy, niekiedy o labiryntowym przebiegu. Tutaj też, w końcowej części jaskini stwierdzono istnienie trzech, bardzo ciasnych kominków i czterech studni krasowych. Jeden z tych kominków został w trakcie prac udostępniających poszerzony i pogłębiony od powierzchni jako szybik wentylacyjny i awaryjny.
Niezwykle atrakcyjną wizualnie osobliwością jaskini Raj jest bogata i różnorodna szata naciekowa rozwinięta zarówno na ścianach, stropie jak i dnie jaskini. Ze względu na bogactwo, różnorodność i rozmiary nacieków Raj, obok Jaskini Niedźwiedziej w Sudetach, należy do unikatowych w kraju obiektów krasowych. Dokładniej charakterystyka i geneza szaty naciekowej została przedstawiona w publikacjach R. Gradzińskiego i T. Wróblewskiego (1968, 1974). Aktualną inwentaryzację szaty naciekowej wykonali pracownicy i studenci Akademii Świętokrzyskiej pod kierownictwem M. Jóźwiaka (Pater, Wacławik, Gubała 2003). W całej jaskini występuje łącznie 47 518 form naciekowych i wszystkie nacieki zbudowane są z kalcytu. Najliczniej reprezentowane są grawitacyjne formy nacieków o rozwinięciu pionowym, wykształcone na stropie i ścianach prawie wszystkich pustek krasowych. Zdecydowanie dominują stalaktyty (soplowe, rurkowate, nieregularne) tworzące niekiedy niezwykłe zagęszczenie osobników, osiągające np. w Sali Stalaktytowej rekordową w kraju liczbę 100-200 sztuk na 1 m2 powierzchni stropu. Długość stalaktytów wynosi przeciętnie 20-40 cm, maksymalnie 80 cm. Na stropie jaskini stwierdzono łącznie 47173 stalaktytów. Średnie ich zagęszczenie wynosi 82,5 szt/m2. W przeciwieństwie do bogactwa stalaktytów znacznie mniej obserwuje się w jaskini form stalagmitowych na dnie jaskini. Na spągu o powierzchni 572 m2 znajduje się 345 form naciekowych. Średnie zagęszczenie w części spągowej jaskini wynosi 0,6 szt/m2. Tworzą one formy stożkowe i laskowe, niekiedy maczugowate i pagodowe. Stosunkowo nieliczne, choć bardzo efektowne są w tej jaskini formy nacieków słupowych (stalagnatowych). Spośród wszystkich nacieków na spągu jaskini największy obwód podstawy posiada stalagmit znajdujący się w Sali Wysokiej – 6,27 m. Najwyższy stalagnat o wysokości 1,95 m znajduje się również w Sali Wysokiej. Natomiast najwyższy stalagmit osiąga wysokość 77 cm i znajduje się w Sali Kolumnowej (Gradziński, Wróblewski 1968,1974; Pater, Wacławik, Gubała 2003; Górniak, Jóźwiak, Kasza, Urban 2006).
inną interesującą formą nacieków jest tak zwane twarde mleko wapienne, które szczelną powłoką pokrywa strop i ściany Korytarza Mleka Wapiennego.
Unikatowe w skali krajowej a nawet światowej są niektóre nacieki wykształcone na dnie jaskini. Są to różne formy mis naciekowych, niekiedy kaskadowo ułożonych "pól ryżowych", agrawitacyjne nacieki kalafiorowate, groniaste i grzybkowe, a przede wszystkim luźne, konkrecyjne formy kuliste zwane pizoidami jaskiniowymi (perły jaskiniowe). Pizoidy osiągają w jaskini średnicę od kilku milimetrów do około 3 cm. Wypełniają misy naciekowe bądź też tworzą masowe nagromadzenia w formie pól pizoidów osiągających powierzchnię nawet do około 3 m2. Takie unikatowe skupienia pizoidów powstały między innymi w Komorze Wstępnej, Sali Wysokiej i Sali Stalaktytowej.
Większość korytarzy i sal w jaskini wypełniona jest częściowo osadami gliniasto-gruzowo-mułkowymi i piaszczystymi, nagromadzonymi głównie wskutek przepływu wód. Miąższość tych osadów osiąga w korytarzu wejściowym 3,5 m, a w Komorze Wstępnej wypełniają one prawie połowę jej objętości. Wskutek tego poziom współczesnego dna jaskini osiąga wartości 250-252,5 m n.p.m., w stosunku do właściwego skalnego spągu jaskini położonego na wysokości od około 248 m do 251 m n.p.m.
Jaskinia cechuje się niewielką wymianą powietrza z atmosferą zewnętrzną. Zmiany temperatury są nieznaczne (w Komorze Wstępnej w latach 1965-1966 mieściły się w granicach 5,5-8° C), wilgotność zaś - bardzo wysoka (Wróblewski 1974, Wołoszyn 1977, Rubinowski 1977). Średnia roczna wartość temperatury z wielolecia 1996-2005 wyniosła 8,5° C, natomiast średnia wilgotność powietrza 95,1% (Jóźwiak, Górniak 2006). Po opadach na dnie powstają okresowe jeziorka. Obecnie istnieje możliwość chwilowych zmian mikroklimatu na dynamiczny za pośrednictwem szybika. Możliwość ta jest wykorzystywana w celach przewietrzania jaskini.
Flora jaskini ma obecnie charakter wtórny, stanowią ją glony, sinice i mchy rosnące w zasięgu światła lamp oświetleniowych a także korzenie drzew miejscami (Sala Kolumnowa) wnikające do jaskini (Rubinowski 1977).
Jaskinia była i jest środowiskiem życia wielu współczesnych zwierząt. Występują w niej nietoperze: nocek duży Myotis myotis (Borkhausen), nocek rudy Myotis daubentonii (Kuhl),nocek Natterera Myotis nattereri (Kuhl) i gacek brunatny Plecotus auritus (L.). W latach 1988-1992 obserwowano w jaskini od kilku do ponad 50 osobników tych zwierząt, lecz maksymalna liczba zimujących nietoperzy sięga około 200 szt. (A. Wąsikowski – mat. niepublik.). Kręgowce reprezentowane są również przez kunę domową Martes foina Erxl., obserwowaną od 1995 r. (Gubała 1996a). Ponadto spotyka się w niej liczne bezkręgowce: muchówki, chruściki z gatunku Stenophylax permistus McLach., pająki reprezentowane przez gatunki Meta menardi (Latr.) i Meta merianae (Scop.), a także ślimaki z rodzaju Oxychilus sp. Interesujące są subfosylne szczątki nietoperzy, wśród których oznaczono 4 gatunki tych zwierząt (Wołoszyn 1965a, 1966, 1994a,b, Gubała 1996b).
Podczas robót udostępniających jaskinię do zwiedzania turystycznego prowadzone były badania geologiczne, paleontologiczne i archeologiczne osadów jaskiniowych. Wyniki tych badań okazały się bardzo cenne dla nauki. Pozwoliły one odtworzyć zmiany warunków środowiska naturalnego i klimatu w okolicach jaskini w okresie młodszego plejstocenu (zlodowacenie północnopolskie) około 50.000 lat temu.
Badania litologiczno-petrograficzne T. Madeyskiej (1972, 1974) umożliwiły wyróżnienie w profilu osadów jaskiniowych w korytarzu i w Komorze Wstępnej 11 zróżnicowanych litologicznie warstw świadczących o zachodzących zmianach klimatycznych podczas ich sedymentacji. Badania kopalnych szczątów zwierzęcych zawartych w tych osadach, wykonane przez zespół specjalistów kierowany przez K. Kowalskiego (1972, 1974) w pełni potwierdziły zmiany klimatu oraz świata roślinnego i zwierzęcego w okolicach jaskini. W osadach jaskiniowych stwierdzono obecność kości i zębów dużych ssaków, między innymi niedźwiedzia jaskiniowego i brunatnego, mamuta, hieny jaskiniowej, nosorożca włochatego, piżmowoła, żubra pierwotnego, renifera, konia, lisa polarnego, a także liczne szczątki małych kręgowców, głównie gryzoni.
Pozostałości dwukrotnego pobytu człowieka paleolitycznego w jaskini były przedmiotem szczegółowych badań archeologicznych prowadzonych przez J. K. Kozłowskiego (1972, 1974) i M. Kaczanowską (1974). Z dolnego poziomu kulturowego w obrębie 4-tej warstwy osadów jaskiniowych zebrano 345 wyrobów, z których 65 stanowiły narzędzia krzemienne. W górnym poziomie kulturowym w obrębie 6-tej warstwy osadów jaskiniowych stwierdzono 288 wyrobów kamiennych, w tym 62 narzędzia krzemienne. W przewadze są to zgrzebła, a także drapacze, rylce, przekłuwacze, półtylczaki, kamienne rozcieracze i tłuczki.
W obydwu poziomach kulturowych technika obróbki narzędzi nawiązuje do środkowopaleolitycznej kultury mustierskiej, grupy szarenckiej i znana jest z archeologicznych stanowisk jugosłowiańskich i węgierskich z dorzecza środkowego Dunaju. Znaleziska archeologiczne w jaskini Raj uznane zostały za najbardziej na północ wysunięte stanowisko jaskiniowe spośród znanych środkowoeuropejskich stanowisk kultury mustierskiej.
Podczas użytkowania jaskini wykonywane były badania mikroklimatyczne, hydrochemiczne (Rzepa 1981, 1983) i dotyczące ruchu turystycznego (Winiarski 1971, Rubinowski 1974a,b, 1977).
W 1994 r. na obszarze rezerwatu z inicjatywy A. Kowalkowskiego (1993) rozpoczęła działalność Stacja Geoekologiczna Świętokrzyskiego Monitoringu Zintegrowanego "Góra Malik" obsługiwana przez Instytut Geografii WSP w Kielcach (Jóźwiak, Kozłowski 1999).
W 1996 r. w ramach jej działalności M. Jóźwiak zapoczątkował badania monitoringowe mikroklimatu w oparciu o zainstalowane czujniki pozwalające na ciągłą, automatyczną rejestrację zmian temperatury i wilgotności powietrza we wnętrzu jaskini (Jóźwiak 1998; Jóźwiak, Kozłowski 1999; Jóźwiak 2002; Jóźwiak, Górniak 2006). W latach 2003-2005 pracownicy i studenci Akademii Świętokrzyskiej pod kierownictwem M. Jóźwiaka wykonali szczegółową inwentaryzację szaty naciekowej jaskini (Pater, Wacławik, Gubała 2003; Górniak, Jóźwiak, Kasza, Urban 2006).