Landschaftsprägende Biozönosen (Lebensgemeinschaften) sind die des sogenannten Sauerboden-Buchenwaldes, mit Besonderheiten wie der Schwarzen Teufelskralle und der Lanzettblättrigen Glockenblume, die weltweit nur im Pfälzerwald und den Nordvogesen anzutreffen ist. Luchs und Wildkatze haben hier ihre weitläufigen Streifgebiete. Auch lichte Trockenwälder und Waldsäume, mit Traubeneichen, Edelkastanien und westmediterranen Florenelementen, sind gerade im östlichen Teil des Gebietes aspektbestimmend. Hier lebt unter anderen auch die seltene Schlingnatter.
Die mehr oder weniger naturnahen Forste, welche stellenweise stark von der Wirtschaftsbaumart Kiefer dominiert werden und zum Teil flächenhaften Unterwuchs mit Besenheide und Heidelbeere aufweisen, sind nach wie vor in Teilen des Pfälzerwaldes vorherrschend, wohingegen Fichtenforste, wo Rauhfußkauz und Sperlingskauz als Folgenutzer von Schwarzspechthöhlen eine Lebensgrundlage finden, nach und nach kleinräumigere Standorte einnehmen.
Seltene Lebensräume stellen Schluchtwälder mit großen Ansammlungen von Felsblöcken dar. Eschen, Linden und Ahorne haben dort den Platz der Rotbuche eingenommen. In der Strauchschicht wachsen Wald-Geißbart, dichte Farnfluren und der Purpur-Hasenlattich. Auch der Feuersalamander ist anzutreffen.
Die nur noch sehr vereinzelt erhaltenen Sumpf-, Bruch- und Moorwälder werden von den Baumarten Schwarzerle, Esche, Ulme, Moor-Birke und Kiefer aspektbestimmt. Hier findet man den Königsfarn, Pfeifengras und den Wassernabel. Die über den Torfmoospolstern aufragenden Sträucher der Rauschbeere bilden zusammen mit der Waldkiefer einen der seltensten Waldtypen des Biosphärenreservats. Mancherorts findet sich der als verschollen geltende Schwarzstorch wieder ein.
Sonnendurchflutete Übergangsbereiche, offene Sandwege, trockene Wegränder und teilweise vegetationsfreie Böschungen bieten Keulen-Bärlapp, Mauereidechse, Ameisenjungfer, diversen Wildbienenarten, der blauflügeligen Ödlandschrecke und dem Ziegenmelker Lebensraum.
Das Sandsteingebiet des Wasgau, im südlichen Teil des Pfälzerwaldes und nördlichen Teil der Vosges du Nord, mit seinen Felsentürmen, Felsriffen und zahlreichen mittelalterlichen Burgruinen auf Felsspornen, ist eines der eindrucksvollsten in Mittel- und Westeuropas. Hier findet man den Prächtigen Dünnfarn ebenso wie den Eiförmigen Strichfarn und die Rentierflechte. Neben Wanderfalken und Uhus brüten mittlerweile wieder Kolkraben an den Felswänden.
Die zahlreichen Bäche mit ihren Quellbereichen, z. T. steilen, beschatteten Oberläufen, langsam fließenden, mäandrierenden Abschnitten, feuchten Talauen und mancherorts stark besonnten Bereichen, bieten dem Knöterichblättrigen Laichkraut, dem Schild-Hahnenfuß und dem Fluß-Wasserfenchel Lebensraum. Dort leben unter anderem auch die Wasseramsel, der Eisvogel, das Bachneunauge und der Edelkrebs.
Neben den insgesamt kleinräumigen, aktiven Mooren, die aus Niedermooren, Zwischenmooren, Übergangsmooren und punktuellen, ombrotrophen (vom Regenwasser ernährten) Hochmoorbuckeln bestehen, finden sich eine große Zahl sog. Wooge im Gebiet, nämlich vom Menschen geschaffener, stehender Gewässer mit sommerkaltem Zu- und Abfluß und z. T. weitläufigen Verlandungszonen. Die oft eng miteinander verzahnten Feuchtlebensräume beherbergen Kostbarkeiten wie z. B. den Moosbeeren-Scheckenfalter, die Große Moosjungfer, das Zarte Torfmoos, den Mittleren Sonnentau und die Wasgau-Fingerwurz. An den Rändern der Moore, zu den offenen Wasserflächen der Wooge hin, erstrecken sich Schwingrasen aus Fieberklee oder Sumpf-Calla.
Der durchziehende Fischadler sucht die Wooge zwecks Nahrungsaufnahme auf. Dort nisten Zwergtaucher und Teichhuhn. Im Winter kommen Kormoran und Silberreiher. Der Graureiher durchstreift ganzjährig das Flachwasser.
Die einschürig (einmal pro Jahr) gemähten Talwiesen und mageren Flachland-Mähwiesen sind Lebensräume besonders vieler und seltener Pflanzenarten. Hier blühen Breitblättriges Knabenkraut und Kleiner Baldrian, Lungenenzian und Prachtnelke. Wiesenameisen, diverse Großschmetterlinge, Ringelnatter und Zauneidechse sind ebenso anzutreffen wie eine Vielzahl von Wildbienenarten, Schwebfliegen, Sandwespen und Heuschrecken. Die aufsteigenden Insekten werden gerne von Fledermäusen, Mehlschwalben und Mauerseglern eingefangen.
Auf den brachgefallenen Wiesenflächen breiten sich typische Feuchtwiesen-Hochstaudenfluren, mit aspektbestimmendem Mädesüß und Blutweiderich aus.
Viele der heutigen Hangwiesen sind im 20. Jahrhundert aus Äckern hervorgegangen. Wenn die Nutzung extensiv betrieben wird, verbleiben auch Orchideen wie dem Brand-Knabenkraut, dem Kleinen Knabenkraut und dem Gefleckten Knabenkraut einzelne Wuchsorte. Vielfach werden die Hangwiesen von hochstämmigen Obstbäumen in lockerem Stand überschirmt. Hier finden Gartenschläfer, Steinkauz und Wendehals natürliche Höhlungen in Bäumen als Behausung vor. In sandigen Bereichen besuchen verschiedene Feuerfalter-Arten die entsprechenden Raupenfutterpflanzen. Diese sind begleitet vom Zweifarbigen Vergissmeinnicht, von Heidenelke und Berg-Sandglöckchen. Manchmal sind auch Gottesanbeterin und Kreiselwespe anzutreffen. An sehr wenigen Standorten finden sich zwei Vertreter der Rautenfarne, nämlich die Echte Mondraute und die in ganz Europa gefährdete Ästige Mondraute.
Zwergstrauchheiden, auf sehr nährstoffarmen, sauren Böden, die nicht aufgeforstet wurden, bieten vom Aussterben bedrohten Arten, wie z. B. der Arnika, dem Zypressen-Flachbärlapp und dem Katzenpfötchen Lebensraum.
Die wenigen Kalkmagerrasen im deutschen Teil des Biosphärenreservats beherbergen Orchideen-Standorte des Purpur-Knabenkrautes, sowie verschiedener Ragwurz-Arten. Im Frühling blüht auf diesen, in der Vergangenheit zu keinem Zeitpunkt intensiv bewirtschafteten Flächen die Küchenschelle, im Herbst die Kalk-Aster und der Fransenenzian.
Auf Silikat-Magerrasen leben seltene Pilzarten, wie z.B. verschiedene Saftlinge und Boviste, neben einer Vielzahl von Insektenarten.
Das Rebland am östlichen Rand des Pfälzerwaldes, in der Vorhügelzone zwischen Wald und Rheinebene, fördert mit seinem milden, trockenen Klima auch mediterrane Tier- und Pflanzenarten. Acker-Goldstern, Dolden-Milchstern, Wild-Tulpe und die blaue Weinbergs-Traubenhyazinthe sind hier anzutreffen. Kleingekammerte Mosaike aus offenen Brachen, Gebüschen, Trockenmauern und Nutzflächen sind der Lebensraum der sehr seltenen Zaunammer. Hier leben auch die zahlreichen Weinhähnchen.
Die inselbergartigen Kalkfelsen im Nordosten und Osten des Biosphärenreservats sind Standorte artenreicher Trockenrasen mit Florenelementen aus dem Mittelmeergebiet und den Steppen Südosteuropas. Faserschirm, Kugelblume, Federgräser und Steinkresse leben hier in Gemeinschaft mit Steppen-Sattelschrecke und Gottesanbeterin.
Bundesumweltministerium und Bundesamt für Naturschutz wählten 2011 bundesweit 30 „Hotspots der biologischen Vielfalt“ aus, Regionen mit einer besonders hohen Dichte und Vielfalt an charakteristischen Arten, Lebensgemeinschaften und Lebensräumen. Hotspot Nr. 11, mit Pfälzerwald und Haardtrand, beziehungsweise den Landschaftsräumen „Dahner Felsenland“ und „Haardtrand-Weinstrasse“, ist im Biosphärenreservat gelegen. Er umfasst das Haardtgebirge, Teile des nördlichen Pfälzerwalds, den an der Grenze zu Frankreich gelegenen Wasgau sowie den Ostabfall des Pfälzerwalds zur Oberrheinebene hin.