Nõmme-Mustamäe maastikukaitseala asub Tallinna linna territooriumil. Kaitseala suurus on 350 ha. Vastavalt kaitstavate loodusobjektide seadusele jaotub kaitseala maa-ala kaheks sihtkaitsevööndiks (s.o. kaitseala osa seal väljakujunenud või kujundatavate looduslike ja poollooduslike koosluste säilitamiseks) ja viieks piirangukaitsevööndiks (s.o. kaitseala osa, mis on majanduslikult kasutatavad ning kultuurmaastikuna säilitatavad ja kus majandustegevuses tuleb arvestada kaitstavate loodusobjektide seaduses ning selle alusel käesolevas kaitse-eeskirjas kehtestatud tingimustega). Sihtkaitsevööndite suurus kokku on 50 ha. Piiranguvööndite suurus kokku on 300 ha. Kaitseala ülesandeks on unikaalse Mustamäe nõlva, Nõmme liivikute, allikate ja piirkonna suure rekreatiivse tähtsusega metsade kaitse.

Mustamäe nõlv, eriti aga selle jalamil kasvavad valgusrikkad männimetsad on tallinlaste meelispuhkepaiku. Seetõttu on viimastel aastakümnetel järsult suurenenud rekreatiivne koormus nendele aladele, mille tagajärjeks on tihe jalgradade võrgustik metsa all ning metsade hõrenemine puude kuivamise tõttu. Metsadest on antud piirkonnas valdavad õhukese pinnakattega kuivad nõmme- ja palumännikud liivmuldadel. Niiskematel muldadel, peamiselt allikarikkal Mustamäe nõlval ja selle all Glehni pargi kohal kasvab niiskemate kasvukohatüüpide (kõdusoo, naadi, sõnajala) lehtpuu segapuistud, mille koosseisus esineb sangleppa, kaske, tamme, haaba ja üksikute puudena ka kuuske ja mändi. Kaitseala Kadaka puiesteest lääne pool asuval osal (Viimsi metskonna riigimetsamaadel) on valdavad värsketel ja niisketel muldadel kasvavad kuuse ja kase enamusega segapuistud.

Rõõmuallika sihtkaitsevööndis asuvad Tallinna Linnavalitsuse määrusega geoloogilise mälestisena looduskaitse alla võetud Glehni pargi allikad. Kuna nimetatud allikatekompleks asub Nõmme Spordikeskuse intensiivselt kasutatavate spordirajatiste vahetus läheduses, asuvad nad tugeva rekreatiivkoormuse piirkonnas. Arvestades ka suurt huvi ehitustegevuse vastu allikate läheduses asuvatel tagastavatel maadel, on allikate säilitamiseks vajalik range kaitserežiimi kehtestamine.

Tähetorni sihtkaitsevööndis kasvavad valdavalt mitmesuguse koosseisuga kuuse- ja kuuse-segametsad, mis omavad rekreatsiooni ja linnaroheluse ning linnametsade liigilise mitmekesisuse säilitamise seisukohast suurt tähtsust.

Rahumäe, Mustamäe ja Glehni pargi piiranguvööndite olulisemateks kaitset väärivateks komponentideks on Nõmme ja Mustamäe piirile jääv Mustamäe nõlv ning Mustamäe liivik, samuti ka rekreatsiooni seisukohalt suurt tähtsust omavad metsad.

Kadaka ja Mäeküla piiranguvööndis paiknevad mitmesuguse koosseisuga segametsad, mis omavad suurt rekreatiivset väärtust ning on elupaigaks metsloomadele (metskitsed, jänesed jne.).

Vööndite piirid kulgevad looduses piki kvartalsihte, kinnistute piire ja piki teid ning on looduses selgesti tajutavad. Rõõmuallika sihtkaitsevöönd paikneb käesoleval ajal osalt linna metsa, osalt endistel talumaadel, Tähetorni sihtkaitsevöönd aga täielikult endistel talumaadel. Rahumäe, Mustamäe ja Glehni pargi piiranguvööndid paiknevad käesoleval ajal suures osas linna metsa maadel, Kadaka ja Mäeküla piiranguvööndid endiste talude ja kinnistute maadel. Kaitseala maa-alale kinnistute tekkimisel laienevad neile käesoleva kaitse-eeskirjaga kehtestatud piirangud.