Das 1985 ausgewiesene Naturschutzgebiet Schwarztonnensand befindet sich auf der niedersächsischen Seite in der Unterelbe. Es umfasst die gleichnamige Insel und die umliegenden Wattflächen. Die Insel war bis 1967 eine nur bei Niedrigwasser sichtbare Schlickbank, die von 1968/69 bis 1977 mit dem Sand aus der Elb-Fahrrinne zu einer hochwasserfreien Insel aufgespült wurde. Hinzu kam die Begrünung durch das Anpflanzen von Gebüschstreifen und Auwaldgehölzen. So wurde aus der vegetationslosen Sandbank im Laufe der Zeit eine Insel mit dichter Vegetationsdecke, bestehend aus Trockenrasen und Gras- und Staudenfluren.

Mit der Sukzession der Pflanzenwelt ging auch die Veränderung der Vogelwelt einher. Brüteten früher Seevögel und Limikolen auf der Sandinsel, sind es heute überwiegend Waldvögel. Bis heute konnten, auch dank zahlreicher ehrenamtlicher Helfer/innen, ca. 230 verschiedene Brut- und Gastvogelarten katalogisiert werden. Vor allem in Verbindung mit dem Asseler Sand ist Schwarztonnensand ein bedeutsames Rast- und Überwinterungsgebiet für Nonnen-, Bläß- und Graugänse. Neben den zahlreichen Vogelarten ist aber auch die Pflanzenvielfalt hier enorm. So wurden bisher über 300 Blütenpflanzen erfasst. Eine floristische Rarität ist der Elb-Endemit Wibel-Schmiele. Diese Pflanze kommt weltweit nur im Süßwassertidebereich der Elbe zwischen Glückstadt und Geesthacht vor!

Der Schwarztonnensand steht unter besonderen Schutz und darf nur mit Ausnahmegenehmigung betreten werden.

Die Schutzgebiets-VO Schwarztonnensand von 1985 wurde 2018 aufgehoben und geändert. Die Insel Schwarztonnensand ist seitdem Teil eines neuen Schutzgebietes mit dem Namen "Elbe und Inseln". Es betrifft den großen Bereich der Elbe pp.auf der niedersächsischen Seite zwischen der Ostemündung im Norden und der Stadtgrenze Hamburg im Südosten.