Kết quả khảo sát mới nhất về KBTTN Tây Yên Tử đã xác định được 5 kiểu thảm thực vật:
Ở độ cao 100m: Tồn tại 2 kiểu thảm thực vật đặc trưng là trảng cỏ và trảng cỏ cây bụi, các loài cây này bao gồm một số loài cây dược liệu quý.
Ở độ cao 100 – 200m: Là trảng cỏ hóp xen gỗ và tre nứa, đây là hình thái của thảm thực vật thứ sinh, bao gồm cả cây thuốc.
Từ 200m lên đến 900m là kiểu rừng kín thường xanh, cây lá rộng thường xen cây lá kim mưa ẩm nhiệt đới.
Từ 900m trở lên là kiểu rừng cây gỗ lá rộng.
Trong 5 kiểu thảm thực vật trên, kiểu rừng kín thường xanh cây lá rộng xen cây lá kim mưa ẩm nhiệt đới chiếm hầu hết khu bảo tồn. Các loài có giá trị kinh tế, có ý nghĩa khoa học cũng được phát hiện tại đây như: Dẻ đỏ, Dẻ cau, Thông nàng. Từ độ cao 900m trở lên thảm thực vật với ưu thế rõ dệt của thảm Trúc.
Tại KBTTN Tây Yên Tử đã thống kê được 492 loài thực vật bậc cao có mạch, được xếp theo 8 nhóm sử dụng: Nhóm cho gỗ chiếm 32.3%, nhóm cây cho thuốc chiếm 20.9%, nhóm cho tananh – tinh dầu và nhựa, nhóm làm thức ăn cho người, nhóm làm thức ăn cho vật nuôi, nhóm làm vật liệu xây dựng, nhóm làm đồ mỹ nghệ và nhóm làm cây cảnh.
Tính ĐDSH của hệ thực vật tại KBTTN Tây Yên Tử còn được thể hiện bởi sự có mặt của một số loài quý hiếm, trong đó có 4 loài ghi trong nghị định số 48/2002/NĐ-CP (nay là nghị định số 32/2006/NĐ-CP) thuộc danh mục thực vật hoang dã quý hiếm nhóm IIA đó là: Lim xanh, Kim giao, Sa nhân, Vù hương. Các loài cây thuốc ở độ cao dưới 700m là các loài cây họ Dầu, Núc nác, họ Thích, họ Long não, họ Thông.... Ở độ cao trên 700m có các họ Long não, họ Dẻ, Sau sau, Ngọc lan, họ Chè, quần thể Trúc Yên Tử. Có các loài cây hết sức quý hiếm như: Tùng la hán, Hoàng đàn, Trúc mặt, Trúc bụng phật, Súi núi đá, Thông 2 lá...Ngoài ra còn có các cây thuốc tiêu biểu trong
khu bảo tồn như: Ba kích, Trầm hương, Bình vôi, Hoa đầu, Thổ phục linh, Hoàng đằng, Cẩu tích, Đẳng sâm.