Lielais Ķemeru tīrelis atrodas Tīreļu līdzenuma ziemeļaustrumu daļā, Viduslatvijas zemienes ziemeļrietumu daļā, Piejūras zemienes ģeobotāniskajā rajonā. Tas ziemeļaustrumu daļā robežojas ar Piejūras zemieni, bet ziemeļrietumos ar Austrumkursas augstienes nogāzi.

Pēc Kūdras fonda datiem, Lielais Ķemeru tīrelis (nr. 806) ir lielākais purvu masīvs Ķemeru Nacionālajā parkā, aizņemot 6192 ha, un viens no lielākajiem sūnu purviem, kas izveidojies teritorijā, kurai raksturīgs reljefs ar nelielu slīpumu uz jūras pusi un pa kuru no iekšzemes tekošie ūdeņi plūst uz jūru. Senajiem Baltijas jūras baseinu ūdens līmeņiem pazeminoties, atsegtajā teritorijā izveidojušās iekšzemes kāpu rindas un sekli lagūnas ezeriņi, kas veido barjeru, neļaujot virszemes ūdenim ieplūst jūrā. Šī iemesla dēļ Ķemeru apkārtnē uz smilšaina līdzenuma veidojies plašs tipisks augstā purva masīvs, kuru vietām šķērso kāpas. Tīrelī ir sūnu purviem raksturīgais mikroreljefs, kura struktūra, dinamika un novietojums ir atkarīgs galvenokārt no mitruma, temperatūras apstākļiem, kūdras slāņa biezuma un augu sugām.

Ķemeru purvam raksturīgas mikroainavas ar slīkšņu-grēdu mikroreljefu ar nelieliem izstieptas formas ezeriņiem un grēdu-ezeru (akaču) kompleksi. Purvs ir klajš, ar daudziem akačiem un ezeriņiem. Lielākais no tiem ir Lilijas ezers, atrodas purva austrumu malā. Ūdens no purva ziemeļu daļas pa Vēršupīti un Vecsloceni, bet no dienvidrietumu daļas pa Slampi un Kauguru kanālu ietek arī Lielupē. Ūdens līmenis tīrelī parasti ir robežās no 0,10 m līdz 0,20 m no zemes virsas, bet ļoti sausā laikā (piemēram, 2018. gada vasarā) var pazemināties līdz pat 1 m, savukārt ar nokrišņiem bagātā periodā (piemēram, 2017. gada vasarā) var būt 0,05 m no zemes virsas vai pat pārplūst.

Lielā Ķemeru tīreļa veģetācija ir tipiska Piejūras zemienes purviem, kur blakus dažādu sugu sfagnu sūnām aug virši, spilves, dzērvenāji, dižā aslape (Cladium mariscus), ciņu mazmeldrs (Trichophorum cespitosum), parastā purvu mirte (Myrica gale) u. c., kā arī sīkas priedītes.

Ieplakās starp ciņiem aug spilves un sfagnu sugas, bet lāmās sastopams parastais baltmeldrs (Rhynchospora alba), purva šeihcērija (Scheuchzeria palustris), dūkstu grīslis (Carex limosa) kopā ar sfagniem (Sphagnum sp). Tīrelī sfagniem ir liela nozīme, jo tie ir pārstāvēti ar vairāk nekā 10 sugām, tajā skaitā ar magelāna sfagnu (Sphagnum magellanicum), brūno (Sph. fuscum) un sarkano (Sph. rubellum) sfagnu. Lāmās aug garsmailes sfagns (Sphagnum cuspidatum). Savukārt uz ciņiem, kas ir purva sausākā daļa, blakus brūnajam sfagnam dominē sīkkrūmi: sila virsis (Calluna vulgaris), vistenes (Empetrum nigrum), purva vaivariņš (Ledum palustre), kā arī makstainā spilve (Eriophorum vaginatum), dzērvene (Oxycoccus palustris). Sastopama arī apaļlapu rasene (Drosera rotundifolia) un garlapu rasene (Drosera anglica), purva andromeda (Andromeda polifolia), lācenes (Rubus chamaemorus). Purvā tika atrasti arī graudzāļu dzimtas (Poaceae) parstāvji – purva ciesa (Calamagrostis neglecta), pazvilā misiņsmilga (Sieglinigia decumbens), purva skarene (Poa palustris) –, kā arī doņu dzimtas (Juncaceae) pārstāvji.

Kūdras slāņa vidējais dziļums augstā purva atklātajā daļā ir apmēram 4,8 m, bet lielākais dziļums – 8 m. Kūdra pārsvarā sākusi uzkrāties uz smilšainiem nogulumiem, un apakšējo slāni visbiežāk veido labi sadalījusies (30–35 %) zemā purva tipa koku-grīšļu kūdra ar smilts piejaukumu, kuru pārsedz koku-zāļu kūdra. Virs zemā purva tipa kūdras uzkrājies plāns (vidēji 0,2–0,5 m), labi sadalījies pārejas purva tipa koku-zāļu kūdras slānis, kura sastāvā ir daudz grīšļu, tai skaitā pūkaugļu grīslis (Carex lasiocarpa, 20 %) un augstais grīslis (Carex stricta, 10 %), taču konstatētas arī brūno sfagnu atliekas (15 %). Šis slānis ir sastopams tikai atsevišķās tīreļa daļās. Tīrelī augšējo daļu veido līdz pat 6 m bieza augstā purva tipa kūdru slāņkopa, kuras apakšējā daļā uzkrājusies vidēji sadalījusies (20–30 %) spilvju-sfagnu un šaurlapu sfagna-šeihcēriju kūdra, bet griezumā augstāk uzkrājušās mazsadalījušās (5–20 %) šeihcēriju-sfagnu, koku, brūnā sfagna un magelāna sfagna kūdras.

Lielais Ķemeru tīrelis izveidojies kā nolaidu purvs uz nogāzes, pa kuru austrumu virzienā plūda virszemes ūdeņi, jo nogāzi veidojošie mazcaurlaidīgie mālainie morēnas nogulumi un dziļāk arī augšdevona dolomīti un dolomītmerģeļi bija blīvi un bieži vien radīja šķēršļus ūdeņu noplūdei no dienvidiem uz jūru, izraisot ūdens uzkrāšanos.

Savukārt tuvāk jūrai virszemes ūdeņu plūsmu nosprostoja Baltijas ledus ezera piekrastes kāpas. Klimatam kļūstot siltākam un mitrākam, sākās strauja veģetācijas attīstība, un, šajā pārmitrajā vidē augošajiem augiem atmirstot, lēzenos teritorijas pazeminājumos sākās kūdras veidošanās un uzkrāšanās un līdz ar to arī teritorijas pārpurvošanās. Ķemeru tīreļa veidošanās sākums ir saistāms ar īslaicīgo klimata pavēsināšanos un gruntsūdens līmeņa celšanos, kā arī ar eroziju. Par to liecina smilts piejaukums zemā tipa kūdrai un saplēstas augu atliekas. Pirms holocēna klimatiskā optimuma (pirms 8000 gadu) purvā auga un kūdru veidoja galvenokārt dažādas graudzāles, grīšļi, niedres, bet purva apkārtnē pletās priežu meži. Klimatiskā optimuma laikā jeb atlantiskā perioda (pirms 8000 līdz 4800 gadu) sākumā zemā purva tipa kūdru nomainīja pārejas purva tipa spilvju-sfagnu kūdra, kuru veidojošie augi barojās gan no gruntsūdeņiem, gan no atmosfēras nokrišņiem. Klimatam kļūstot maigākam un mitrākam, sākās straujāka veģetācijas attīstība, biomasas palielināšanās, mitrumu mīlošo augu atlieku uzkrāšanās un teritorijas pārpurvošanās. 

Lielais Ķemeru tīrelis kopumā ir maz ietekmēts purvs, tomēr tā austrumu malā ir veikta meliorācija un līdz 1973. gadam iegūta gabalkūdra, pēc tam 46 ha platībā ražota frēzkūdra. Izstrādātajās platībās vairāku projektu ietvaros ir veikta tīreļa hidroloģisko apstākļu uzlabošana – ūdens līmeņa atjaunošana, lai veicinātu teritorijas renaturalizāciju un purva augu ieviešanos. Projekta LIFE ReStore ietvaros renaturalizācijas veicināšanai tika veikta eksperimentāla sfagnu stādīšana.

Tīrelis atrodas relatīvi tālu no tiešiem piesārņojuma avotiem. Šajā purvā no 1947. līdz 1990. gadam ir darbojusies Valsts Hidrometeoroloģijas aģentūras purva stacija, kas dod iespēju izsekot ūdens līmeņa svārstībām purvā šajā laika periodā.

Lielais Ķemeru tīrelis ietilpst Ķemeru Nacionālajā parkā (dibināts 1997. gadā), un 1977. gadā tika izveidots purvu liegums – Lielais Ķemeru tīrelis – 5762 ha platībā, kur ir tipiska augstā purva veģetācija ar piejūras veģetācijas elementiem – ciņu mežmeldru, parasto purvu mitri, dižo aslapi –, kas ir aizsargājamas sugas. Tīreļa teritorija iekļauta Natura 2000 tīklā. Izmantojot laipu uz slēgto meteoroloģisko staciju purvā, jau 2000. gadā Lielajā Ķemeru tīrelī tika izveidota viena no pirmajām purva laipām. 2008. gadā laipa tika slēgta, jo bija nolietota. Jauna laipa kopā ar 4 m augstu skatu torni tika uzbūvēta 2013. gadā. To veido divi apļi – mazais loks (1,7 km garš) un lielais loks (3,7 km garš). Lielā Ķemeru tīreļa laipa ir populārākā purva taka Latvijā.

Lielais Ķemeru tīrelis ir nozīmīga ligzdošanas vieta vairākām reti sastopamām purva putnu sugām, kā arī svarīga atpūtas vieta migrējošām sugām, īpaši dzērvēm.