Puszcza Notecka w zdecydowany sposób kształtuje północną część parku. Ubogie siedliska wydmowe porasta sosna, jedynie w obniżeniach zajmowanych przez jeziora istnieją warunki do rozwoju bardziej wymagających drzew liściastych. Puszcza jest obecnie domem wielu gatunków roślin i zwierząt. Występuje tu około 50 gatunków rzadkich ptaków, w tym jedna z większych populacji bielika. Charakterystycznym gatunkiem rozległych terenów leśnych jest lerka, zwana również skowronkiem borowym. Rozległe tereny Puszczy Noteckiej to teraz także jedyna stała ostoja wilka w zachodniej Polsce. Bogaty jest świat owadów. Liczne są pomniki przyrody ożywionej, między innymi we wsi Marianowo rośnie największy dąb w Puszczy o obwodzie 840 cm – „Józef”. Bardzo interesujące jest Jezioro Kłosowskie, na którym znajdują się dwie wyspy pół wieku temu objęte ochroną w formie rezerwatu ornitologicznego Czaple Wyspy dla ochrony miejsc lęgowych czapli, kormoranów, rybołowów, sokołów i kań czarnych. Przy jeziorach wytwarzają się cenne przyrodniczo torfowiska, a na stokach zlewni lasy bukowe, często z bardzo starym drzewostanem, na przykład w granicach rezerwatu leśnego Buki nad Jeziorem Lutomskim i rezerwatu krajobrazowego Bukowy Ostrów, przy ścieżce przyrodniczej Jary koło Chalina czy wokół Jeziora Ławickiego. Kolejnym ciekawym fragmentem terenu jest obszar Natura 2000 Jezioro Kubek, obejmujący jezioro wraz z otaczającymi je lasami. Jezioro jest płytkie (3 m), przepływowe, zasilane strumieniem z terenów źródliskowych w części północnej, z rzadkimi zbiorowiskami włosieniczników. W najbliższym otoczeniu jeziora występują olsy i lasy grądowe, w wyższych położeniach zastępowane przez bór sosnowy porastający okoliczne wydmy. Występuje tu kilka rzadkich gatunków mchów i roślin chronionych, takich jak zimoziół północny, pomocnik baldaszkowaty i widłak goździsty. Spośród zwierząt do najciekawszych można zaliczyć przede wszystkim wilka, a także zimorodka, żurawia i rzadkiego rybołowa, natomiast w źródliskach występuje jedyny chroniony w Polsce chruścik krynicznik wilgotka. Z kolei obszar Natura 2000 Jezioro Mnich, obejmująca jezioro Mnich, jezioro Mnich Mały i ciek je łączący, jest otoczony unikatowym torfowiskiem z reliktowymi wapnolubnymi gatunkami mszaków. Dno jeziora Mnich Mały porastają łąki ramienicowe. Przy wschodnim brzegu jeziora Mnich znajduje się wspomniany już rezerwat Cegliniec, a wokół niego znajdują się lasy grądowe i bory bagienne. Funkcjonuje tu silna populacja bobra, są to także tereny lęgowe bielika i żurawia. W torfowisku rozwija się, odkryta w 2011 roku, ważka zalotka większa, będąca gatunkiem „parasolowym”, chroniącym drobne zbiorniki wodne. Z roślin na uwagę zasługują ramienice, mięsożerna aldrowanda pęcherzykowata oraz storczyk lipiennik Loesela.

Odmienny charakter przyrodniczy posiadają tereny na południe od Warty. Istotnymi elementami krajobrazu są tu rzeka Warta wraz ze starorzeczami i przyległymi wilgotnymi łąkami oraz jeziora i strugi je łączące. Największe powierzchnie zajmują jednak lasy liściaste oraz pola uprawne. Rzeźba terenu jest bardzo urozmaicona, co przekłada się na liczbę siedlisk, a co za tym idzie, dużą różnorodność flory i fauny. Bogata jest awifauna, w której skład wchodzą między innymi ptaki drapieżne: bielik, kania czarna, kania ruda i trzmielojad. Nad wodami występuje bóbr i wydra, a w lasach rzadki nadrzewny ssak – popielica. Duże uwodnienie terenu sprzyja płazom – występują tu na przykład kumak nizinny i traszka grzebieniasta. Bogaty jest świat owadów. Stwierdzono tu między innymi 10 gatunków chronionych trzmieli, w tym zagrożonego trzmiela tajgowego. W licznych zabytkowych parkach wiejskich występują okazałe drzewa, takie jak stare dęby, w których rozwija się rzadki chrząszcz pachnica dębowa. W Sierakowie na strychu budynku ośrodka zdrowia mieści się jedna z najliczniejszych kolonii rozrodczych nocka dużego w Polsce.

Rezerwaty przyrody:

  • Buki nad Jeziorem Lutomskim (rezerwat leśny utworzony w 1958 roku, powierzchnia: 55,17 ha) – fragment rynny jeziornej o stromych zboczach porośniętych bukiem.
  • Bukowy Ostrów (rezerwat krajobrazowy utworzony w 2006 roku, powierzchnia: 77,92 ha) – buczyna bagienna w krajobrazie pagórkowatym otaczająca zarastające jezioro Ostrowo.
  • Cegliniec (rezerwat leśny utworzony w 1960 roku, powierzchnia 4,31 ha) – fragment starodrzewu sosnowego ocalałego po gradacji strzygoni choinówki z lat 20. XX wieku wraz z odnawiającą się acydofilną dąbrową.
  • Czaple Wyspy (rezerwat faunistyczny – ptaki utworzony w 1957 roku, powierzchnia: 7,14 ha) – wyspy na Jeziorze Kłosowskim, będące miejscem lęgowym wielu gatunków ptaków
  • Mszar nad Jeziorem Mnich (rezerwat torfowiskowy utworzony w 1967 roku, powierzchnia 6,04 ha) – torfowisko wokół ramienicowego jeziora Mnich Mały z kłocią wiechowatą i rzadkimi mchami wapniolubnymi.