غار طلسم توسط هیات کوهنوردی استان ایلام و با همکاری امور سیاحتی فرهنگ و ارشاد اسلامی در سال 1369 شناسایی شد.
با توجه به شرایط خاص منطقه، کوهستانی بودن و وجود لاشه‌های متعدد حیوانات در داخل غار این محل زیستگاه مناسبی برای حیوانات درنده است. درازای این غار از ورودی تا انتهای آن 300 متر است که 100 متر اول آن به صورت فضای باز است.
در سقف غار استالاگتیت یا چکنده نیز وجود دارد. در عمق 100 متری غار یک سه راهی وجود دارد که یکی از دهلیزهای آن 20 متر عمق دارد و دهلیز آن نیز از فاصله 10 متری تنک تر شده و صعب العبور می‌شود.
پس از گذشتن از راه صعب العبور مذکور تا عمق 200 متری، غار به صورت نیم دایره امتداد دارد. از 260 متری به بعد عمق داخل مجرا باریک می‌شود.
سنگ‌های این غار، آهکی‌اند و قسمتی از کف آن خاکی و دیگر قسمت‌ها، سنگی‌اند. غار طلسم در فصل‌های گرم سال محلی برای گردش کوه‌پیمایان و علاقه‌مندان است.
این غار آن قدر صعب العبور، خطرناک و ناامن است که کمتر گردشگری تصمیم می‌گیرد به آن سفر کند. مگر آنکه قصد داشته باشد درندگان وحشی کوهستان را از نزدیک ملاقات کند!