Pù Mát là một trong những điểm được nghiên cứu rất kỹ về đa dạng sinh học. Cho đến nay đã có 1.144 loài thực vật có mạch được ghi nhận là phân bố ở Pù Mát. Trong đó có 3 loài là mới cho khoa học: Cleistanthus spp. nov., Phyllagathis spp. nov. và Phrynium pumatensis.

Kiểu rừng đặc trưng nhất là rừng thường xanh trên đất thấp với ưu thế của các cây họ dầu (Dipterocarpaceae) (Hopea spp. và Dipterocarpus spp.), Dẻ (Fagaceae) (Quercus spp., Lithocarpus spp. và Castanopsis spp.) và Long não Lauraceae (Cinnamomum spp. và Litsea spp.).

Theo nghiên cứu của các nhà khoa học ở đây có 3 loài thú đặc hữu Đông Dương: sao la (Pseudoryx nghetinhensis), thỏ sọc Bắc Bộ (Nesolagus spp. nov.), vượn đen má trắng (Hylobates leucogenys), vượn má hung (Hylobates gabriellae). Ngoài ra còn có các ghi nhận về mang lớn, mang Trường Sơn, voọc chà vá chân nâu, hổ, voi, cầy vằn...

Tổng số có 259 loài chim được phát hiện, trong đó 22 loài có nguy cơ tuyệt chủng, nhiều loài chim quý, hiếm như trĩ sao, niệng cổ hung..