Thảm thực vật trong vùng thượng lưu của lưu vực là rừng nhiệt đới xanh. Tổng diện tích rừng thượng lưu khoảng 125.645 ha, bao phủ 58,3% tổng diện tích lưu vực, bao gồm:
-Rừng dày chủ yếu trên các đỉnh núi cao và sườn dốc, nơi hiểm trở, đường xa, đi lại khó khăn. Rừng còn tồn tại cả 3 tầng cây, có trữ lượng lớn hơn 150m3/ha, độ che phủ trung bình 60-70%, có khả năng phòng hộ tốt. Diện tích rừng dày còn khoảng 63.766ha, chiếm 56,5% tổng diện tích rừng và chiếm 30% diện tích tự nhiên.
-Rừng trung bình chủ yếu ở các sườn núi có độ cao trung bình, ven các khe suối, trữ lượng nhỏ hơn 100m3/ha, độ che phủ khoảng 50%. Loại rừng này bị khai thác quá mức nên kết cấu rừng bị phá vỡ, chỉ còn cây trung bình và cây bụi thảm tươi, khả năng phòng hộ bị hạn chế.
-Rừng thưa: bị tác động mạnh, trữ lượng rừng thấp chỉ khoảng 60- 70m3/ha. Kết cấu rừng bị phá vỡ nghiêm trọng, và khả năng phòng hộ hạn chế.
-Rừng rất thưa: loại rừng này bị khai thác quá mạnh, mất hết cây già và trung bình, chỉ còn lại các cây non, độ che phủ nhỏ hơn 30% nên khả năng phòng hộ kém.
Sinh thái nước trên sông Hương: trên sông Hương có nhiều loài cá quý hiếm có trong danh sách đỏ Việt Nam, đó là Cá chình hoa
(Anguilla marmorata), Cá chình nhật (Anguilla japonica ), Cá mòi cờ
(Clupanodon thrissa ), Cá lợ lớn (Cyprinus carpio), Cá sỉnh gai
(Onychostoma laticeps), Cá chày đất (Spinnibarbus caldwelli), Cá lăng
(Hemibargus elongates), Cá mòi đường (Albula vulpes ), Cá măng sữa
Sinh thái nước trên đầm phá Tam Giang-Cầu Hai:
Cá sống trong đầm phá Tam Giang - Cầu Hai có 223 loài cá thuộc 125 giống và 62 họ khác nhau, chia làm 3 nhóm sinh thái (i) nhóm cá biển 145 loài, (ii) nhóm cá nước lợ 43 loài, (iii) nhóm cá nước ngọt 35 loài.
Loài quý hiếm và đe doạ tiệt chủng:
Thực vật: có nhiều loài cây được xếp vào dạng quý hiếm và có trong danh sách đỏ Việt Nam và IUCN có ở Khu bảo tồn thiên nhiên Phong Điền và Rừng Quốc gia Bạch Mã, đó là Cẩu tích (Cibotum barometz (L.) Smith), Hoàng đàn giả (Darcydium elatum (Roxb.) Wall. Ex Hook.), Re Hương, Kim Giao, Hồng Quang (Symplocos disepala), Sến mật (Madhuca pasquieri (Dubard) H.J.Lam.), Lá Khối (Ardisia silvestris Pitard), Gụ mật (Sindora tonkinensis Teysm.ex Miq. ), Trầm Hương (Aquilaria crassana Pierre ex Lecomte), Gụ Lau (Sindora tonkinensis Achev. Ex K.&S. Larsen), Lá thắm (Gymnocladus angustifolius (Gagnep.) J.E.Vidal), Lát Hoa (Chukrasia tabularis A.Juss ), Ba gạc cambod (Rauvolfia cambodiana Pierre ex Pitard), Thuỷ tiên hường (Dendrobium amabile (Lour.) O Brien ), Song Bột (Calamus poilanei Conrard).
Động vật: Các loài khỉ, voọc, vượn, gấu, hổ, báo gấm, sơn dương chủ yếu sống trong rừng nguyên sinh hay thứ sinh trên các triền núi cao hay thung lũng xa dân cư thuộc phía tây huyện Phong Điền, hay phía bắc huyện A Lưới. Các loài nai, hoẵng, lợn rừng, cầy thường sống ở rừng thứ sinh, bìa rừng gần các nương bãi, hoặc hai bên bờ suối.
Các loài chim cỡ lớn như các loài thuộc họ trĩ Phasianidae, niệc nâu, hồng hoàng,… thường hoạt động ở những khu rừng thấp. Những loài sống gần nước như rái cá, các loài chim thuộc họ Diệc ardeidae, họ Gà nước Rallidae, họ Bói cá Alcedinidae, các loài kỳ đà, các loài ếch nhái thường sống tập trung ở ven các vực nước, bờ sông suối. ở khu vực hồ chứa Hương Điền:
thỏ nâu Lepus peguensis, Kỳ đà vân Varanus bengalensis, Rắn cạp nia nam Bungarus candidus, Rùa hộp trán vàng Cuora galbinifrons, Ba ba gai Palea steindachneri, Ba ba trơn Pelodiscus sinensis.
Tuy nhiên, ở nhiều khu vực số lượng cá thể của loài đã giảm sút nghiêm trọng do sinh cảnh sống ngày bị thu hẹp, cộng với sự săn bắn động vật thường xuyên diễn ra.
Vùng được bảo vệ:
Khu bảo tồn thiên nhiên (BTTN) Phong Điền nằm ở toạ độ 16o18- 16o35 vĩ độ Bắc, 107o03-107o21 kinh độ Đông, có diện tích 41.548ha thuộc địa phận của huyện Phong Điền và A Lưới thuộc địa lý sinh học Bắc Trung Bộ. Khu BTTN Phong Điền nằm trong lưu vực của 3 sông chính là sông Mỹ Chánh, Ô Lâu, và sông Bồ. Phần diện tích nằm trên lưu vực Sông Bồ ở phía đông-nam của khu bảo tồn này.
Vườn Quốc gia Bạch Mã
Vườn quốc gia Bạch Mã có diện tích 22031 ha nằm trên địa phận hai huyện Phú Lộc và Nam Đông, được chia làm 3 phân khu: phân khu bảo vệ nghiêm ngặt 7123ha, phân khu phục hồi sinh thái 12631ha, phân khu hành chính dịch vụ 2295ha. Vùng đệm có diện tích gần gấp đôi diện tích của vườn. Vườn quốc gia Bạch Mã có tính đa dạng sinh học cao, có nhiều loại động thực vật quý hiếm.