Stablo masline staro 1600 godina, najveća površina crnike i bora na hrvatskoj obali i brijunski mediteranski vrt sa 170 vrsta autohtonih biljaka tek su dio atrakcija.
Životinjski svijet Brijuna objedinjuje najraznolikije vrste na jednom području, tako da je odgovor na pitanje gdje se na jednom mjestu mogu sresti mufloni, žirafe i istarsko govedo upravo Brijunsko otočje. Brijunskim akvatorijem plivaju dobri dupini, a podmorje obiluje ribom i koraljima.
Biljni svijet
Vegetacija je obilježje koje Brijune čini osobitima i vrijednima. Zauzimanjem nekada poljoprivrednih površina i krčenjem dijela šumskih površina te njihovim pretvaranjem u pejzažne parkove s prostranim otvorenim travnjacima stvoren je jedinstven krajolik na hrvatskoj obali Jadrana. Brijunsko otočje ima sva mediteranska obilježja. Nalazi se u sredozemnoj (mediteranskoj) fitogeografskoj regiji te zbog toga glavnina flornih elemenata na otočju ima prava mediteranska obilježja. Na otočju obitavaju u značajnom broju neke vrste biljaka koje su uvrštene u skupinu posebno ugroženih vrsta u Hrvatskoj (primorska makovica, divlji krastavac, neke vrste trava). Šume crnike, u svom tipičnom sastavu, nalazimo na nekoliko mjesta na Velikom i Malom Brijunu. Uz crniku najčešće se javljaju zelenika, planika, smrdljika, tršlja, lemprika, mirta i veliki vrijes. Tu šumu čine gotovo neprohodnom povijuše: tetivika, skrobut, sparožina, božje drvce i mediteranska divlja ruža. Autohtone šume crnike nisu samo pluća nego i ukras Brijuna.
Šuma i makija
Šume crnike s lovorom najzastupljenije su na istočnom dijelu Velikog Brijuna (brežuljci Kosir, Javornik, Saluga i Kaštel). Nigdje na hrvatskoj obali nema ovako cjelovitih prostora s mješovitim sastojinama crnike i lovora, što je jedna od bitnih zanimljivosti Brijuna.
Makiju nalazimo na svim otocima. Najljepša makija, visoka do 8 m i gusta do neprozirnosti, očuvana je na poluotoku Penedi (Veliki Brijun). Na Vangi i Malom Brijunu najočuvanija je makija na ovom dijelu Mediterana.
Pejzažni parkovi i travnjaci
Ova komponenta brijunskog krajolika odnosi se gotovo isključivo na Veliki Brijun, jer oko 40 posto njegove površine pripada pejzažnim parkovima i travnjacima. Kultura oblikovanja pejzaža Brijunskog arhipelaga datira još s početka prošloga stoljeća. Najzaslužniji za današnji izgled pejzaža su Paul Kupelwieser i Alojz Čufar, koji su na Velikom Brijunu stvorili prvi stilski oblikovan mediteranski perivoj u tadašnjoj Europi. Ovdje su uklopljeni autohtoni florni elementi, ali i egzote koje gotovo cijelo stoljeće obitavaju na Brijunima. Neka od stabala crnike iz tog perioda danas su prvorazredni soliteri s krošnjama raspona do 20 metara, koji obilježavaju i daju identitet pojedinim proplancima i vidicima. Divljač je uvjetovala vizualnu posebnost ovih stabala – do visine od oko 2 metra nema grana (mladice i lišće obrsti divljač), pa krošnja dobije izgled „kišobrana“ kao da je vrtlarski oblikovana.
Brijunski mediteranski vrt
Brijunski mediteranski vrt predstavlja vrtnu atrakciju unutar Nacionalnog parka na površini od 17 000 m². Glavni cilj osnivanja Brijunskoga mediteranskog vrta je oplemenjivanje navedene destinacije i osnivanje reprezentativnog vrta koji se uklapa u ostale prirodne i kulturno-povijesne sadržaje nacionalnog parka. Mediteranski vrt, na posebno dizajniranim plohama, danas udomljuje oko 170 vrsta različitih autohtonih biljaka i egzota koje su obilježene pločicama s QR kodovima za dodatne informacije o pojedinim vrstama.
Stara maslina
Stara maslina podvrsta je poludivljeg tipa buža (autohtona istarska sorta), na kojoj je 60-ih godina prošloga stoljeća izvršena analiza aktivnim ugljikom 14C kako bi se utvrdila njezina starost. Tada je ustanovljeno da je maslina stara oko 1600 godina.
Životinjski svijet
Fauna Nacionalnog parka Brijuni veoma je raznolika i bogata, kako brojnošću tako i vrstama. Brijunsko otočje omogućava svojom izuzetno specifičnom mikroklimom život mnogobrojnim autohtonim (domaćim) i alohtonim (unešenim) životinjskim vrstama.
Ovo specifično i jedinstveno područje posjetitelju pruža priliku da se tijekom jedne kratke šetnje susretne s jelenom lopatarom, vjevericom, zecom ili nekom od ptica iz bogate brijunske ornitofaune, kao što su dugokljuna čigra, crvenogrli plijenor, eja močvarica ili siva čaplja. Osim toga, prisutne su i egzotične vrste koje danas svjedoče o zanimljivoj brijunskoj povijesti. Još 1910. godine na Velikom Brijunu osnovan je Zoološki vrt, zamišljen i kao aklimatizacijska stanica za divlje životinje iz tropskog klimatskog pojasa, koje su slane europskim zoološkim vrtovima.
Na sjevernom djelu Velikog Brijuna, u velikom ograđenom prostoru formiran je 1978. Safari park čiji su žitelji bili egzotični biljojedi, uglavnom pokloni Josipu Brozu Titu. Od egzota se trenutno mogu vidjeti zebre, ljama, indijska goveda, indijska slonica Lanka, kamerunska koza, šetlandski poni. U dijelu Etno parka nalaze se domaće životinje, primjerice istarsko govedo boškarin, istarski magarac, ovce i koze te ostale autohtone vrste. U dijelu koji nazivamo Fazanerija više se ne uzgajaju fazani, već se tamo mogu vidjeti zagorski purani, biserka, zebe, ara, a tu je i zimska rezidencija kakadua Kokija kada on boravi u grijanom prostoru.
Fauna brijunskog otočja intenzivno se istražuje. Brijuni su omiljeno odredište i znanstvenika, kojima ovo područje omogućuje kvalitetno istraživanje mnogih životinjskih skupina.
Divljač (jeleni lopatari, jeleni aksisi i mufloni) je na Brijune donesena početkom dvadesetog stoljeća, a danas je ukras brijunskih šuma, parkova i proplanaka kao i dio brijunskog identiteta i cjelovitog posjetiteljskog doživljaja. Posebnom prizoru mira i sklada u brijunskim parkovima doprinose i pauni koji posjetitelje očaravaju širenjem repnog perja.
Zbog raznolikog biljnog svijeta svoj dom su ovdje pronašli brojni kukci. Velika su atrakcija leptiri, a u velikom su broju prisutne i ostale skupine, kao što su kornjaši, cvrčci, vretenca i komarci. Komarci su važnu ulogu na ovom području odigrali krajem 19. i početkom 20. stoljeća, kad je na otočju bila prisutna malarija. Od malarije i komarca malaričara tadašnje stanovništvo spasio je poznati bakteriolog Robert Koch. Danas su za održavanje ravnoteže brojnosti komaraca zaslužni šišmiši. Istraživanja su pokazala da na području Parka živi čak 14 vrsta šišmiša.
Od herpetofaune na Velikom Brijunu te na pojedinim manjim otocima žive velika zelena žaba, barska kornjača i zmija crna poljarica. Na području Parka nema zmija otrovnica.
Autohtoni ptičji svijet razmjerno je dobro zastupljen zahvaljujući pojedinim manjim otocima koji pružaju idealne uvjete za gniježđenje galebova, čigre i morskog vranca. Brijunsko otočje jedno je od najvažnijih gnjezdilišta morskog vranca na sjevernom Jadranu.
Saline (Soline) su vlažno stanište s tri zamočvarena područja veličine 12 ha koje je ograđeno i djeluje kao zaštićeni ornitološki park. Brijuni su veoma važno sezonsko boravište sjevernih ptičjih populacija, a upravo je ovaj lokalitet omogućio dugotrajnije zadržavanje rijetkih zakonom zaštićenih vrsta. Dolazak velike bijele čaplje, crnih roda i bukavca nebogleda ukazuje nam da je ovaj lokalitet značajan i za tako rijetke i ugrožene vrste koje ovdje osim mira nalaze i dovoljne količine hrane.
Bara, ostavljena kao svjedok nekada močvarnog područja, u doba Kupelwiesera pretvorena je u jezero s plamencima. U Titovo je doba ograđena, donesene su kornjače, zlatne ribice i gambuzije, koje je zbog njihove učinkovitosti u konzumiranju ličinki komaraca malaričara i drugih insekata, a radi sprečavanja pojave malarije, čovjek prenosio u razna vlažna staništa diljem svijeta.
Podmorje
Od ukupne površine Nacionalnog parka morski prostor zauzima gotovo 80 %.
Fauna riba je ono po čemu je brijunsko podmorje izuzetno i različito od svih ostalih dijelova sjevernog Jadrana. Među ribama najčešće se nalaze: fratri, šarazi, ugori, orade, zubaci, škrpine, salpe i kavale.
Dublja i mračnija staništa nastanjena su predkoraligenskim i koraligenskim zajednicama. Osnovu ovih zajednica čine zelene i crvene alge uz brojne spužve, mnogočetinaše, plaštenjake, mahovnjake i druge. Te zajednice najbolje su razvijene u procjepima i rijetkim spiljama. Od skupine koralja najčešće se susreću dvije vrste kamenih koralja, žuta čaška i busenasti koralj.
Najveća dubina, 50 metara, izmjerena je južno od rta Peneda. Na ovakvom dnu najviše obitavaju ježinci, zmijače i zvjezdače. Od zakonom zaštićenih vrsta u akvatoriju parka česti su školjkaši periska (Pinna nobilis) i prstac (Litophaga litophaga), te spužve mekana rogljača (Axinella cannabina) i morska naranča (Tethya aurantium). U podmorju Brijuna postoji i nekoliko endemičnih jadranskih vrsta; najpoznatije su smeđa alga jadranski bračić i jadranski ciganin koji je vrsta mješičnice.
U brijunskom podmorju nalazimo i zajednicu naselja morske cvjetnice posidonije (Posidonia oceanica), popularno nazvane „morska trava“. Posidonija je endem Sredozemnog mora, a njene livade se smatraju najznačajnijom zajednicom priobalnog dijela. Osim što predstavljaju stanište mnogim morskim organizmima, važne su i u proizvodnji kisika – nazivaju se pluća mora.
Osim posidonije, u brijunskom akvatoriju nalazimo i ostale tri vrste morskih cvjetnica koje naseljavaju Jadran, a to su morska svilina (Zostera marina), patuljasta svilina (Zostera noltii) i najčešća – čvorasta morska resa (Cymodocea nodosa).
Brijunski akvatorij značajan je kao mrijestilište riba. Važno područje mrijesta nalazi se u uvali Javorika.
Od zaštićenih vrsta morskih kralješnjaka u brijunskom akvatoriju često viđamo morske kornjače (najčešća vrsta je glavata želva) i dupine (najčešća vrsta je dobri dupin).