Đây là kiểu thảm rừng có nhiều cây gỗ quý như gõ biển, huỷnh, lim xẹt... Ngoài gỗ, đây cũng là nơi có nhiều loại lâm sản phụ như song, mây, cây làm thuốc, làm vật liệu xây dựng... Mặc dù trải qua chiến tranh và những năm kinh tế khó khăn, rừng ở Cù Lao Chàm đã bị tác động mạnh, nhưng nhờ sự quản lý chặt chẽ của chính quyền địa phương, rừng ở Cù Lao Chàm cho đến nay vẫn được đánh giá là nơi lưu giữ nhiều nguồn gen động, thực vật quý hiếm, là nơi đảm bảo nguồn sinh thủy cung cấp nước cho cư dân và lực lượng vũ trang trên đảo. Rõ ràng, thảm thực vật ở Cù Lao Chàm không chỉ là nguồn tài nguyên thiên nhiên quý giá mà còn góp phần đáng kể vào nhiệm vụ bảo vệ an ninh quốc phòng trên vùng biển miền Trung nước ta. Thảm thực vật Cù Lao Chàm có nhiều nét đặc trưng là ngoài kiểu rừng kín thường xanh như đã nêu ở trên, tại sườn phía Đông của đảo, nơi địa hình rất dốc, lớp đất phủ trên bề mặt hầu như không có, vẫn tồn tại một kiểu thảm thực vật cây bụi và trảng cỏ với những loài đặc trưng như sến đất, huyết giác và cỏ cứng. Tại sườn Tây Bắc, đặc trưng nhất là thảm phong lan với loài huyết nhung tía gần như thuần loại. Tại các bãi biển, thảm thực vật đặc trưng bởi một số loài chịu được thủy triều lên xuống như rau muống biển, tra làm chiếu, dứa dại và đặc biệt là cây hếp. Trên độ cao từ 100m trở lên, nhất là ở độ cao hơn 500m, thảm thực vật chắc chắn còn nhiều cây gỗ quý, nhiều loài có giá trị khoa học. Qua thống kê cho thấy hệ thực vật Cù Lao Chàm có 499 loài thuộc 352 chi, 115 họ của 5 ngành thực vật bậc cao có mạch. Như vậy hệ thực vật Cù Lao Chàm cũng đã phát hiện 5 trong tổng số 6 ngành thực vật bậc cao của hệ thực vật Việt Nam. Nếu so sánh thì ở Cù Lao Chàm chiếm 1/20 tổng số loài, gần 1/6 tổng số chi và gần tổng số họ của thực vật Việt Nam. Đặc biệt, ở Cù La Chàm nhóm cây làm thuốc có sự tập trung nhiều nhất, có 116 loài chiếm 22,8% số loài thống kê được. Trong nhóm cây làm thuốc, đáng chú ý có hoàng nan, cỏ xước, bách lộ, lạc tiên, mã đề và một số loài trong họ gừng.
Nhờ có lớp phủ thực vật tương đối tốt, là nơi cư trú của nhiều loài động vật, hiện Cù Lao Chàm có 12 loài thú, 13 loài chim, 130 loài bò sát và 5 loài ếch nhái. Trong số đó, đáng chú ý có khỉ đuôi dài và chim yến là 2 loài được đưa vào sách đỏ động vật Việt Nam. Yến không chỉ là loài quý hiếm mà còn có giá trị kinh tế cao. Trong tương lai, khi phát triển du lịch sinh thái, những đặc trưng về mặt sinh thái của Yến như nơi cư trú, tập tính sinh sản, khu phân bố chắc chắn sẽ là những điều hấp dẫn đối với khách du lịch đến Cù Lao Chàm.
Qua kết quả khảo sát của các nhà khoa học vào năm 2001, 2002 đã xác định được ở vùng biển Cùa Lao Chàm hiện có 135 loài san hô thuộc 35 giống, trong đó có 06 loài được ghi nhận là loài mới phát hiện ở vùng biển Việt Nam (chủ yếu là các giống Acropora, Montipora, Porites, Galaxea, Pachyseris, Lobophyton, Sinularia, Sarcophytum và Goniopora). Độ phủ san hô cứng tăng vào khoảng 1,2 đến 2 lần trên một số điểm khảo sát lập lại sau 7 năm khảo sát, tại nhiều điểm, độ phủ của san hô mềm cũng rất cao và có xu hướng tương tự tăng từ 1,39 lần trở lên, vì vậy độ phủ chung của san hô sống tại khu vực biển này là khá cao nhất là khu vực Hòn Dài, Bãi Bấc Hòn Lao, hai bên Hòn Lá, Hòn Khô. Nguồn lợi ở đây cũng rất đa dạng, qua khảo sát điều tra đã thu thập được trên 202 loài cá rạn gồm 80 chi, trong đó có 38 loài mới được ghi nhận; 17 loài cá nổi, 122 loài tảo biển, 84 loài thân mềm và 04 loài tôm Hùm.
Cá ở các rạn san hô cũng rất đa dạng, theo kết quả nghiên cứu cho thấy hiện trong các rạn san hô ở biển Cùa Lao Chàm có khoảng 200 loài cá rạn thuộc 85 giống 36 họ đã được ghi nhận trên các rạn san hô của đảo Cù Lao Chàm và các đảo xung quanh. Họ cá Thia Pomacentridae (39 loài) và cá Bàng Chài Labridae (33 loài) khá phong phú, và họ cá Bướm Chaetodontidae có 19 loài. Một số họ cá phổ biến khác như cá Đuôi gai Acanthuridae (có 12 loài), cá Mó Scaridae (12 loài), cá Dìa Siganidae (6 loài), cá Mú Serranidae (6 loài), và cá Hồng Lutjanidae. Một số loài có giá trị thực phẩm đã được ghi nhận bao gồm 09 loài cá Dìa, 06 loài cá Mú, 06 loài cá Hồng, 02 loài cá Hè (gáy) và 01 loài cá Kẽm. Hầu hết các nhóm cá chủ đạo đánh bắt làm thực phẩm hay nuôi cảnh đều trở nên khan hiếm hoặc cạn kiệt trên phần lớn các rạn san hô ở đây. Các loài thuộc họ cá thiên thần cũng không phổ biến và hiếm gặp. Ngược lại, cá thia và cá bàng chài xuất hiện với số lượng khá cao trên tất cả các mặt cắt và chúng là thành phần chính của quần xã cá rạn. Rong biển hiện có 47 loài thuộc 26 giống rong lớn sống trên các dạng nền đáy là đá tảng, san hô vỡ và san hô chết của các rạn san hô tại Cù Lao Chàm.