Diese Vielfalt von Lebensräumen ist Grundlage für einen großen Reichtum an Tier- und Pflanzenarten. Bemerkenswert sind der seltene Frauenschuh, der Riesenschachtelhalm und die Zwiebelzahnwurz. An den Hängen des Kreidekliffs brütet unter anderem der Wanderfalke und die Mehlschwalbe siedelt in mehreren Kolonien. Auch der Seeadler ist regelmäßiger Brutvogel.
Zwar sind Buchenwälder schattig und wirken im Sommer dunkel und erscheinen im Vergleich zu manchen Laubmischwäldern in der Tat auch artenarm. Ein naturbelassener Buchenwald ist dies aber keineswegs. Buchenwälder mit einem hohen Anteil an alten Bäumen, stehendem sowie liegendem Totholz bieten einen idealen Lebensraum für viele Tier- und Pflanzenarten. Die Zahl der Tierarten in Buchenwäldern wird auf bis zu 10.000 Arten geschätzt.
In einem solchen Wald sind viele natürliche Höhlen vorhanden, in denen Höhlenbrüter, Fledermäuse und viele andere Lebewesen Brutraum und Unterschlupf finden. Ein wesentlicher Teil der Artenvielfalt in Buchenwäldern kommt zudem erst in den Altersphasen zur ganzen Entfaltung. Der gesamte Regenerationszyklus von Buchenwäldern, das heißt die Zeit in der eine Buche heranwächst, Früchte trägt, altert, stirbt und vergeht, umfasst 250 bis 300 Jahre, mitunter sogar noch mehr.
Aufgrund seiner Bedeutung für viele, teilweise vom Aussterben bedrohte Arten wurde der Buchenwald bereits 1995 in Deutschland zum Biotop des Jahres gewählt.