Quelques kilomètres avant de se jeter dans l'Ouvèze, le Toulourenc traverse, à l'adret de la montagne de Bluye, des gorges encaissées et peu pénétrables. A la sortie de ces premières gorges, le Toulourenc passe une petite plaine d'environ un kilomètre, sous la chapelle Notre-Dame de la Blanche, avant de s'engager dans une deuxième gorge plus courte que la première. La limite départementale avec le Vaucluse suit tant bien que mal le tracé sinueux de la rivière dans les gorges. Le site s'étale donc sur deux départements et sur deux régions administratives, Rhône-Alpes et Provence-Alpes-Côte-d'Azur. Les gorges de Toulourenc sont couvertes d'une végétation typiquement méditerranéenne de garrigue plus ou moins boisée selon les secteurs. Dans ce milieux poussent le Chêne vert, le Chêne kermès, le Genévrier oxycèdre (ou Cade), ou le Pin d'Alep. Le fleuron de ces gorges est sans conteste l'Omphalodès à feuilles de lin, discrète espèce de la famille des myosotis. Au printemps 1993, des botanistes locaux découvrent dans les gorges une station de cette rarissime espèce, présumée disparue de toutes ses anciennes stations françaises. Cette nouvelle station est située à proximité de l’ancienne signalée il y a plus de soixante ans. La population, très importante, ne semble pas menacée. La faune des gorges est encore méconnue. Le Merle bleu est très certainement présent sur les falaises méditerranéennes des gorges, ainsi que l'Aigle royal, régulièrement observé sans que sa nidification soit certifiée. Le Castor d'Europe fréquente le cours du Toulourenc, et l'on peut remarquer ses coups de dent sur des arbres au bord de la rivière.