Hơn 40 đảo lớn nhỏ, bao gồm cả những cù lao, hòn nổi không tên, trong phạm vi vườn Quốc gia, có tới 70% số đảo có thảm thực vật che phủ, phải kể tới đặc trưng 17 đảo có rừng tự nhiên (độ che phủ rừng trên diện tích đất đai của đảo từ 98% đến 12%). Mặc dù có nhiều nguyên nhân tác động, xâm hại tài nguyên rừng, liên tục theo thời gian từ nhiều thế kỷ đến nay, nhưng với các điều kiện tự nhiên ưu ái cùng với sự nỗ lực thực hiện quản lý bảo vệ, rừng tái sinh tốt và tăng trưởng nhanh.
Diện tích đất đai tự nhiên các đảo nổi trong phạm vi vườn quốc gia là 6.125 ha, rừng tự nhiên 4.319 ha (che phủ hơn 70% đất đai tổng số đảo). Rừng trồng hiện nay có 9 ha, do các chủ rừng thực hiện hợp đồng khoán trồng rừng theo các chương trình 327 hoặc 661 của Nhà nước, số lượng và hiệu quả chưa đáng kể. Rừng tự nhiên hiện còn thực sự là sinh cảnh thích nghi của nhiều loài động vật hoang dã, đặc biệt trên các đảo lớn: Ba Mùn, Sậu Nam, Trà Ngọ Nhỏ, Trà Ngọ Lớn. Không còn trạng thái rừng già, rừng nguyên sinh trên các đảo, nhưng rừng ở trạng thái trung bình khá, kém hoặc nghèo, rừng non đang phục hồi, đều có xu hướng tái sinh tự nhiên mạnh, sinh trưởng khoẻ, thành phần những loài cây đặc hữu hoặc bản địa thông thường đều ít biến đổi.
Rừng ngập mặn không chỉ có ở một số vũng, lạch, còn có ở một số thung, áng trong dãy núi đá vôi của đảo Trà Ngọ lớn, do có đường thông thuỷ với biển, hoặc những hang luồn ngầm trong núi, chịu ảnh hưởng nhật triều, nước biển ra vào đều theo chu kỳ, trở thành một số khu rừng ngập mặn đặc sắc về phân bố và cảnh quan.
Hệ động vật thuỷ sinh trong phạm vi vườn quốc gia đã điều tra phát hiện có tới 51 loài động vật phù du, 132 loài động vật thuỷ sản có giá trị cao, gần như xuất xứ ưu thế ở vùng này như Sá Sùng, Cà Gim, Bào Ngư, Hải Sâm, Trai Ngọc.
Tài nguyên biển: Thực vật thuỷ sinh ngoài quần thể rừng ngập mặn (mangrove), phải kể đến những thảm có biển, rong biển, phát sinh trên nhiều tảng vật chất ngầm ngập triều, trên những bãi cát, bãi bùn ngập triều liên tục và cũng phân bố trên một số đáy đồng bằng sâu ven các Cửa Ối, Cửa Vành và sườn đông 2 đảo Ba Mùn, Sậu Nam. Có 15 loài rong biển, trong đó những loài chủ yếu thuộc 3
ngành là Rong đỏ có 5 loài, Rong nâu có 7 loài, Rong lục có 3 loài. Bên cạnh đó là Rong mơ có 6 loài, Tảo Si lic (121 loài), Tảo Giáp (38 loài), Tảo Kim (3 loài), Tảo Lam (1 loài). Những loài tảo mang đặc tính thích nghi vùng biển ven bờ nhiệt đới và á nhiệt đới, chịu nước lợ và ấm, trên các thềm đảo dưới lạch biển nông. Động vật phù du có tới 51 loài, trong đó số loài phong phú hơn cả thuộc ngành chân khớp, còn lại thuộc các ngành Hàm Tơ, Có bao, Thân mềm.