As Fragas do Eume son o último refuxio dunha gran cantidade de especies. Estes bosques soportaron o paso do tempo, seguramente, debido á dificultade para aproveitar a madeira polas pendentes que se observan no terreo. Estes bosques eludiron a intervención humana a partir do neolítico. Hoxe podemos distinguir dous grandes trazos que fan únicas a estas fragas: a paisaxe típica de fai millóns de anos na Galicia costeira e as distintas especies autóctonas, incluídas un gran número de especies endémicas.
Entre as árbores son abundantes os carballos, amieiros, freixos, olmos, salgueiros, castiñeiros e loureiros. Tamén hai outros menos comúns como os pradairos, acivros e teixos. Entre os arbustos máis comúns hai especies como o espiño albar e o érbedo, comunmente asociado a climas máis cálidos. Conviven coas anteriores especies como a arandeira, a xilbarbeira, o brizo, a violeta; e lianas como a hedra ou o cabrifollo.
A presenza de fentos é unha característica das Fragas do Eume que conta cunha gran diversidade de especies. Algunhas moi raras son herdeiras da vexetación subtropical que poboaba as beiras do que hoxe é o mar Mediterráneo durante o período Terciario, fai uns cincuenta millóns de anos.
Os cambios climáticos do Cuaternario, glaciacións e desertización, extinguiron moita da flora que foi incapaz de adaptarse ao novo medio. Algunhas daquelas plantas sobreviviron en zonas protexidas a estes cambios, como no tramo final do río Eume que supostamente conservou estás condicións debido á súa marcada orografía.
A fauna nas Fragas do Eume está formada por máis de 170 especies. Entre as aves destacan o azor e o abián, ou rapaces nocturnas como a avelaiona, o bufo rapaz ou o gran bufo real. Entre os mamíferos destacan, con gran poboación, os xabarís, corzos, cervos, londras, xinetas, martas e nas partes máis internas pódense ver lobos. Tamén existe unha gran variedade de anfibios como píntega rabilonga, o sapo partero, o sapo corredor ou o tritón ibérico. Entre a fauna acuática destaca o reo, un tipo de troita migratoria que abunda no último tramo do río.