Orchis mascula (Foto: Orchi, CC-BY-SA-3.0.)

Als südöstlicher Ausläufer des Thieberges bildet der Waldhügel mit 94 m ü. NN die höchste Erhebung im Stadtgebiet von Rheine. Versteinerte Muscheln, Schnecken, Ammoniten und Seeigel in den Aufschlüssen des Steinbruchs weisen darauf hin, dass es sich bei den Kalkschichten um Meeresablagerungen der Unter- und Oberkreide handelt. Geologisch genauer betrachtet besteht der Waldhügel aus Cenomankalk über Cenomanpläner mit eingelagerten Mergelschichten. Die hier zutage tretenden Kreideschichten sind ein begehrter Rohstoff für die Kalkindustrie, dessen Geschichte an dieser Stelle bis in das 14. Jahrhundert zurückgeht. Im Norden des Gebietes ist der Kalkabbau bereits abgeschlossen. Ursprünglich beabsichtigte die Stadt Rheine, die Abbauflächen vollständig mit Boden und Bauschutt zu verfüllen. Auf den nicht genutzten Abbausohlen entwickelten sich jedoch im Laufe der Zeit ökologisch wertvolle Trockenrasenkomplexe, sodass 1994 dieses Gebiet dann zum Naturschutzgebiet erklärt wurde. Das Gebiet Waldhügel verdeutlicht eindrucksvoll den Naturschutzkonflikt zwischen Kalkabbau, Abfallbeseitigung und Naturschutz.
Heute stellt der Waldhügel ein Mosaik dar aus relativ naturnahen und wenig beeinflussten Bereichen mit Waldmeister-Buchenwald, Orchideen-Buchenwald, Eichen-Hainbuchenwald und extensivem Grünland, und abgebauten und zunächst sich selbst überlassenen Kalkstandorten, die von der Natur zurückerobert wurden und Sekundärbiotope darstellen wie stillgelegte Kalksteinbrüche mit Pionier- und Ruderalgesellschaften, Kalk-Halbtrockenrasen und Abgrabungsseen. Von den hier vorkommenden 918 Pflanzenarten sind 55 in ihrem Bestand gefährdet oder vom Aussterben bedroht. Dazu gehören u.a. Bienen- und Fliegen-Ragwurz (Ophris apifera, O. insectifera), Kuckucks-Knabenkraut (Orchis mascula), Fransen-Enzian (Gentiana ciliata), Kleine Eberwurz (Carlina vulgaris), Silge (Silaum silaus), Tauben-Scabiose (Scabiosa columbria), mindestens 9 Rosen-Arten, z.B. die Apfel-Rose (Rosa villosa), sowie eine Reihe von selten gewordenen Ackerwildkräutern.