Das Biosphärenreservat Karstlandschaft Südharz verfügt über ein vielgestaltiges Mosaik verschiedener Lebensräume. Diese Räume wurden durch die besonderen geologischen und klimatischen Verhältnisse sowie die Art der Jahrhunderte währenden Naturnutzung des Menschen hervorgebracht. Rund 1500 Farn- und Blütenpflanzen und eine Vielzahl von Moosen, Flechten, Algen und Pilzen konnten bislang nachgewiesen werden, darunter eine große Anzahl geschützter und gefährdeter Pflanzenarten.

Einige Arten haben im Gebiet einen regionalen Verbreitungsschwerpunkt oder sind von überregionaler Bedeutung. Dazu zählen die Populationen der Herbst-Drehwurz, der Pannonischen Katzenminze und des Roten Waldvögeleins. Eine Florenliste gibt Auskunft über die Vorkommen der Farn- und Blütenpflanzen im Großschutzgebiet und ist in der Verwaltung des Biosphärenreservates erhältlich.

In ausgedehnten Buchenwäldern, Wärme liebenden Eichenwäldern und kühlfeuchten Schlucht- und Hangmischwäldern wachsen verschiedene Waldorchideen, der Diptam oder die Hirschzunge. Die Sumpf- und Quellwiesen des Auerbergmassivs und der Südharzabdachung beherbergen unter anderen das Breitblättrige Knabenkraut, den Sumpf-Dreizack und das Gewöhnliche Fettkraut.

Eine besondere Artenvielfalt zeichnet die als Weiden oder Mähwiesen genutzten Südhänge der Karstlandschaft aus. Neben Steppenpflanzen wie dem Frühlings-Adonisröschen und dem Haar-Pfriemengras entwickeln einige Orchideenarten individuenreiche Bestände, darunter das Stattliche Knabenkraut und die Mücken-Händelwurz.

In den Heiden der offenen Gipsfelsen sind das Ebensträußige Gipskraut, das Berg-Steinkraut und verschiedene seltene Habichtskräuter zu finden, während der Gelbe Günsel, das Sommer-Adonisröschen und das Acker-Löwenmaul Raritäten der Kalkäcker in der Karstlandschaft sind.