武陵源因位于西部高原亚区与东部丘陵平原亚区的边缘，东北接湖北，西部直达神农架等地，西南联于黔东梵净山，各地生物相互渗透，物种丰富，特别是这里地形复杂，坡陡沟深，加上气候温和，雨量丰富，森林发育茂盛，给众多物种的生存和繁衍提供了良好的环境条件。加之武陵源交通不便，人口稀少，受人为干扰较少，从而保存了丰富的生物资源，成为我国众多孑遗植物和珍稀动植物集中分布地区。据考证，千百年来武陵源从未发生过较大的气候异常、水土流失、岩体崩塌或森林病虫害大发生等现象，证明武陵源保持了一个结构合理而又完整的生态系统，具有极其重要的科研价值。

　　武陵源是生物宝库，具有完整的生态系统和众多的野生珍稀动植物物种资源，植被覆盖率达到97%，保存了长江流域古代孑遗植物群落的原始风貌，有高达50米、胸径近1米6的古老银杏树，被称为自然遗产中的活化石；还有伯乐树、香果树等珍奇树种，区内植物垂直带谱明显，群落结构完整，生态系统平衡，属中国-日本植物区系的华中植物区，是该植物区的核心地带，蕴藏着众多的古老珍贵植物和中国特有植物资源。森林覆盖率达88％。高等植物有3000余种，其中木本植物有l07科、250属、700余种。首批列入《中国珍稀濒危保护植物名录》的重点保护植物有35种。在众多的植物中，武陵松分布最广，数量最多，形态最奇，有“武陵源里三千峰，峰有十万八千松”之誉。古树是自然遗产中的“活文物”。武陵源的古树名木具有古、大、珍、奇、多的特点。神堂湾、黑枞脑保存有完好的原始森林。张家界村一株银杏古树高达44米，胸径为1.59米，被称为自然遗产中的活化石。生长于腰子寨的珙桐，是国家一级保护珍贵树木。这些植物种质资源，有着极高的科研价值，它们的生存环境、林相结构及其保护、保存等都是重大的研究课题。

　　武陵源在动物地理分布上属于东洋界，华中区，这里森林茂密，给动物生活、繁衍创造了良好的环境条件。经初步调查，陆生脊椎动物共有50科116种，其中包括《国家重点保护动物名单》中的一级保护动物3种，二级保护动物10种，三级保护动物17种。武陵源动物世界中，较多的是猕猴，据初步观察统计为300只以上。当地人叫做“娃娃鱼”的大鲵，则遍见于溪流、泉、潭中。研究动物生态在武陵源生态系统中的作用及两者的关系，对于保护动物和维护生态平衡有着重要的科学价值。