Tại Khu bảo tồn thiên nhiên Pù Hu đã được ghi nhận 508 loài thực vật và 266 loài động vật, thông tin được thu thập từ các đợt khảo sát thực địa ở tỉnh Thanh Hoá năm 1997[2]. Rừng Pù Hu có nhiều loại cây gỗ quý như kim giao, lát hoa, sến mật, trầm hương, trường mật, song mật..., qua điều tra sơ bộ có 28 loài quý hiếm được xếp trong sách đỏ Việt Nam[1].

Trong số các loài động vật ở Pù Hu, có tới hơn 30 loài đã được ghi vào sách đỏ Việt Nam và thế giới[1]. Một số loài thú có giá trị bảo tồn như gấu ngựa, gấu chó, bò tót, voọc quần đùi trắng...[1][2]. Trong năm 2010 đã phát hiện ở Pù Hu có khoảng 7 – tám con bò tót và được tách riêng làm hai đàn riêng biệt và có dấu hiệu cho thấy đã có sự xuất hiện của con non[1].

Khu hệ chim ở Pù Hu chưa được khảo sát đầy đủ, mặc dầu vậy cũng đã ghi nhận được 1 loài chim có vùng phân bố hẹp là Trèo cây mỏ vàng (Sitta solangiae) (Theo Lê Trọng Trải, 2000)[2].