Tuy ở tại các vùng nước nhiệt đới ít dinh dưỡng, các rạn san hô hỗ trợ một hệ thống đa dạng sinh học đặc biệt. Quá trình luân chuyển dinh dưỡng giữa san hô, tảo đơn bào, và các sinh vật khác sống trong rạn giải thích tại sao các rạn san hô sinh sôi nảy nở tại những vùng nước này; sự tái sử dụng làm giảm tổng lượng dinh dưỡng cần cho cả cộng đồng.

Vi khuẩn lam cũng cung cấp các muối nitrat hòa tan cho rạn san hô bằng quá trình cố định nitơ. San hô hút các chất dinh dưỡng trực tiếp từ nước, trong đó có nitơ và phốtpho vô cơ, và ăn các sinh vật phù du theo nước trôi ngang qua các polip.[6] Do đó, hiệu suất sơ cấp của một rạn san hô là rất cao, dẫn đến giá trị cao nhất trên mỗi mét vuông ở mức 5-10g C m−2/ngày.[7] Các "nhà sản xuất" trong các cộng đồng rạn san hô gồm có tảo đơn bào cộng sinh, tảo san hô, và nhiều loại rong biển, cùng một số tảo loại nhỏ.[6]

Các rạn san hô là nơi trú ngụ của nhiều loài cá nhiệt đới hoặc cá chuyên sống trong rạn san hô, chẳng hạn như các loài cá bướm (Chaetodontidae), cá thia (Pomacentridae), cá bướm đuôi gai (Pomacanthidae), cá mó (Scaridae) nhiều màu sắc. Ngoài ra còn có các nhóm cá khác như cá mú (Epinephelinae), cá hồng (Lutjanidae), Haemulidae và cá bàng chài (Labridae). Hơn 4.000 loài cá sống tại các rạn san hô.[4]

Các rạn san hô còn là nhà của nhiều loại sinh vật khác, trong đó có bọt biển, một số loài thích ti (san hô và sứa), giun, một số loài giáp xác (tôm, tôm rồng, và cua), động vật thân mềm (động vật chân đầu (Cephalopoda), động vật da gai (sao biển, nhím biển và hải quỳ), động vật có bao (Tunicata), rùa biển và rắn biển. Động vật có vú ít gặp trên các rạn san hô, ngoại trừ các loài thuộc bộ Cá voi thỉnh thoảng ghé qua, trong đó cá heo là nhóm chính. Một số loài trực tiếp lấy san hô làm thức ăn, trong khi một số loài khác ăn tảo và tham gia vào các lưới thức ăn phức tạp.[4][6]

Nhiều loài động vật không xương sống trú ngụ ngay tại nền đá san hô, hoặc khoét vào trong bề mặt đá vôi, hoặc sống trong các hốc và khe có sẵn. Các động vật khoét đá gồm có bọt biển, động vật thân mềm 2 mảnh vỏ, và các loài thuộc nhóm sá sùng (Sipuncula). Sống trên rạn san hô còn có nhiều loại khác, đặc biệt là các loài giáp xác và giun nhiều tơ (Polychaeta).[5]

Do đa dạng sinh học lớn của các rạn san hô, nhiều chính phủ trên thế giới thực hiện các biện pháp nhằm bảo vệ các rạn san hô trong vùng biển của mình. Ở Úc, rạn san hô Great Barrier được bảo vệ bởi Cơ quan công viên biển rạn san hô Great Barrier, và là đối tượng của nhiều kế hoạch và điều luật, trong đó có Kế hoạch hành động vì đa dạng sinh học.