Thảm thực vật rừng tại KBTTN Pù Luông đƣợc xác định là rừng kín thƣờng xanh mƣa mùa nhiệt đới. Dựa vào độ cao, chất đất nền và tác động của con ngƣời đƣợc chia ra làm 5 kiểu chính và 3 kiểu phụ thứ sinh nhân tác. Cụ thể nhƣ sau:
+ Rừng lá rộng đất thấp trên đá v i: Phân bố ở độ cao dƣới 700m trên các sƣờn và đỉnh núi đá vôi bị bào mòn mạnh, tập trung ở khu vực xã Cổ
Lũng và xã Phú Lệ. Rừng có cấu trúc nhiều tầng tán, cây lá rộng. Aglaia sp., Anogeissus acuminata,Heritiera macrophylla là những loài cây điển hình tại những nơi ẩm ƣớt; trong khi Burretiodendron hsienmu và Millettia ichthyochtona là những loài phổ biến tại những sƣờn khô và dốc. Đôi khi, một số cây thuộc loài Anogeissus acuminata, Heritiera macrophylla và một vài loài thuộc chi Ficus đạt tới độ cao 50-55m với đƣờng kính ngang ngực tới 2m và những rễ chống cao tới 3m (Averyanov L.V và cộng sự, 2003).
+ Rừng lá rộng đất thấp trên đá phiến và đá cát: Phân bố từ độ cao 400- 700m. Kiểu rừng này trƣớc đây phân bố rộng khắp trong khu bảo tồn, nhƣng hiện nay chỉ còn sót lại ở chân các ngọn núi phía Bắc, tại khu vực xã Cổ Lũng. Những cây gỗ to lớn nhƣ Heritiera macrophylla và 2 loài thuộc chi
Ficus cao tới 45-50 m là những cây điển hình, ƣu thế. Các loài thực vật phụ sinh nhìn chung là phổ biến nhƣng không đa dạng (Averyanov L.V và cộng sự, 2003).
+ Rừng lá rộng núi thấp trên đá v i: Phân bố rộng rãi ở khu vực xã Cổ Lũng và xã Phú Lệ từ độ cao 700- 950m. Kiểu rừng này mọc phần lớn ở các sƣờn núi cao và đƣờng đỉnh núi đá vôi trong khu vực, chúng ít bị tàn phá hơn nhiều so với các kiểu rừng khác. Tầng cây gỗ có các loài nhƣ Eriobotrya bengalensis, Pistacia weinmanifolia, Platycarya strobilacea, Schefflera
pes-avis và Sinosideroxylon wightianum, đặc biệt loài Thông nàng (Dacrycarpus imbricatus) khá phổ biến trên các sƣờn núi hƣớng Nam tại khu
vực xã Cổ Lũng. Tầng cây bụi và cỏ phát triển rất mạnh (Averyanov L.V và cộng sự, 2003).
+ Rừng thông núi thấp trên đá v i: Phân bố ở một vài đỉnh núi thuộc khu vực xã Cổ Lũng. Pinus kwangtungensis là loài ƣu thế, đặc trƣng trong tầng tán của kiểu rừng này. Ngoài ra; ở một vài địa điểm Taxus chinensis là loài đồng ƣu thế trong tầng tán. Thực vật sống bám rất phát triển, chúng nhiều vô số và thƣờng phủ kín 100% bề mặt các thân cây và các hòn đá. Các loài lan nhƣ: Coelogyne fimbriata, Dendrobium dentatum, Epigeneium chapaense và Eria thao xuất hiện khá phổ biến (Averyanov L.V và cộng sự, 2003). Kiểu rừng này có tính nhạy cảm cao và rất dễ bị đe doạ tuyệt chủng.
+ Rừng lá rộng núi thấp trên đá z n tại các sườn n i và đường đỉnh: Trong KBT, đá bazan chỉ có tại dãy núi Pù Luông, ở độ cao trên 900 m. Trƣớc đây khu vực này đƣợc che phủ hoàn toàn bởi các khu rừng nguyên sinh. Hiện nay rừng nguyên sinh chỉ còn ở độ cao trên 1.200m, những sƣờn núi thấp hơn thì đƣợc che phủ bởi rừng thứ sinh có chất lƣợng khác nhau.
Kiểu rừng này có rất nhiều loài thực vật cổ xƣa có từ thời kỳ phấn trắng muộn. Đó là các loài thuộc các họ: Actinidiaceae, Annonaceae, Chloranthaceae, agaceae, Hamamelidaceae, Lardizabalaceae, Lauraceae, Magnoliaceae, Menispermaceae và Theaceae cũng nhƣ một số chi hiếm thuộc ngành hạt trần nhƣ: Amentotaxus (Cephalotaxaceae), Cephalotaxus (Cephalotaxaceae), odocarpus và Nageia (Podocarpaceae). Kiểu rừng này có
tính đa dạng thực vật rất cao và có cả yếu tố đặc hữu (Averyanov L.V và cộng sự, 2003).
+ Rừng phục hồi sau khai thác: Kiểu phụ thứ sinh nhân tác. Kiểu phụ này phân bố rải rác trong khu bảo tồn và là sản phẩm của hình thức khai thác chọn. Bao gồm các trạng thái rừng: IIIA1, IIIA2.
+ Rừng phục hồi s u nư ng rẫy: Kiểu phụ thứ sinh nhân tác. Kiểu phụ này phân bố gần các khu dân cƣ, trƣớc đây là nƣơng rẫy nhƣng đã đƣợc khoanh nuôi bảo vệ. Bao gồm các trạng thái rừng: IIA, IIB
+ Rừng tre nứa: Kiểu phụ thứ sinh nhân tác. Trƣớc đây là kiểu phụ rừng phục hồi sau khai thác hoặc sau nƣơng rẫy nhƣng tầng cây gỗ không tái sinh, phát triển đƣợc do bị các loài tre nứa xâm lấn. Đến nay các loài tre nứa đã chiếm ƣu thế.