Marea bogăţie de floră şi vegetaţie a Munţilor Măcin este reprezentată de aproape 1900 specii de plante reprezentând aproximativ 50% din Flora României ce vegetează pe 0.05% din suprafaţa ţării, din care 72 specii de plante sunt protejate ca specii rare sau vulnerabile şi 27 specii sunt endemice pentru regiune.
Importanţa fitotaxonilor din Dobrogea, în comparaţie cu alte plante rare din România, constă în compoziţia acestora, în care domină speciile pontico-balcanice (26,4%) şi pontice (16,7%), la care se adaugă speciile de provenienţă euroasiatică (12,5%), balcanică (11,1%) mediteraneeană (8,3%), mediteraneeană-pontică (6,9%), precum şi alte 18, 1 % specii caucaziene, asiatice, africane şi cosmopolite.
Importanţa internaţională, a acestor taxoni rari, este conferită de prezenţa taxonului vulnerabil Campanula romanica – endemism dobrogean, a trei taxoni europeni rari Dianthus nardiformis (pontic), Centaurea tenuiflora (pontic, balcanic) şi Centaurea gracilenta (balcanic) şi a 5 taxoni subendemici Corydalis solida (balcanic), Euphorbia nicaensis ssp. cadrilateri (mediteraneean-pontic), Moehringia grisebachii (pontic-balcanic), Moehringia jankae (pontic) şi Silene cserei (pontic), din care primii 4 (patru) taxoni sunt nominalizaţi în „Lista roşie europeană” ca specii vulnerabile sau rare. Din cei 72 taxoni amenintaţi, 18 sunt rari pentru Dobrogea, 5 sunt rari pentru nordul Dobrogei şi un taxon – Cachrys alpina (pontic-balcanic) este considerat ca dispărut din Munţii Măcinului.
Munţii Măcinului reprezintă limita nordică a zonei submediteraneene a Peninsulei Balcanice şi constituie o unitate distinctă a provinciei floristice macedo-tracice. Importanţa biogeografică a Munţilor Măcin este conferită şi de interferenţa în această arie protejată a limitelor de vegetaţie ale unor specii originare din diferite areale geografice. În această zonă se înregistrează limita sudică a speciilor central-europene şi caucaziene (Scutellaria orientalis, Stipa ucrainica etc.), limita nordică a speciilor mediteraneene, balcanice şi pontice (Silene compacta) şi limita vestică a speciei euroasiatice Potentilla bifurca, specii rare şi ameninţate cu dispariţia. De asemenea Munţii Măcinului reprezintă unicul teritoriu din lume unde se găsesc şi este protejată asociaţia vegetală Gymnospermio altaicae – Celtetum glabratae, cu specia Celtis glabrata, ameninţată cu dispariţia, una din speciile cele mai rare de arbori din România.
În urmă cu circa 200 de ani, nordul Dobrogei era acoperit cu păduri seculare de stejar de înaltă productivitate, a căror vigoare de creştere nu scădea decât pe terenurile pietroase de pe culmile din nord şi în brâul din apropierea stepei din centrul Dobrogei. Pădurile Dobrogei au suferit modificări structurale majore, atât înainte de 1878 în timpul ocupaţiei otomane, când s-au exploatat păduri valoroase de stejar, cât şi după 1878 (anul revenirii Dobrogei la România), când s-au aplicat două reforme agrare, prin care multe suprafeţe păduroase s-au transformat în terenuri agricole şi islazuri comunale, iar cele rămase au fost afectate de activitatea umană (păşunatul în pădure, aplicarea repetată a regimului de crâng cu regenerarea din lăstari sau drajoni, incendieri, etc.). Urmare acestor factori negativi, în perioada 1850-1930 pădurile Dobrogei s-au diminuat cu circa 63.000 ha (circa 40.000 ha în judeţul Tulcea), ajungându-se în prezent la o pondere a pădurilor de numai 12% din suprafaţa totală a judeţului Tulcea. După 1930 se produce cotitura în gestionarea pădurilor Dobrogei, concretizată prin adoptarea regimului de codru (regenerarea din sămânţă a pădurilor), interzicerea păşunatului în pădure şi a tăierilor în delict, reconstrucţia ecologică a arboretelor degradate cu specii autohtone valoroase etc. Drept urmare, între anii 1950 – 1990 s-au executat lucrări de reconstrucţie ecologică pe circa 1.380 ha în Parcul Naţional Munţii Măcinului şi lucrări de ameliorare a terenurilor degradate inapte pentru alte folosinţe pe suprafete extinse, diminuându-se astfel multe terenuri deteriorate şi cu aspect selenar.
Caracteristic pentru parc este predominanţa ecosistemelor forestiere, care asigură stabilitatea ecologică şi habitatul optim pentru speciile erbacee deosebite din acest teritoriu. În zonă se regaseşte o biodiversitate bogată şi unică în lume, în care se includ ecosisteme complexe forestiere, de stepă şi de silvostepă.
În Munţii Măcinului întâlnim următoarele zone şi etaje de vegetaţie: zona stepei de tip pontico-balcanic marginal, etajul silvostepei cu păduri submediteraneene, etajul cu păduri xeroterme submediteraneene şi etajul cu păduri mezofile de foioase balcanice.
În acest teritoriu au fost identificate 6 asociaţii floristice forestiere rare la nivel naţional (4% din tipurile de ecosisteme forestiere ale României, Doniţă, 1970, 1990).
În habitatele cu soluri scheletice, puţin profunde şi în cele mai uscate dinspre silvostepă se întâlnesc fitocenoze vegetale din asociaţia Nectaroscordo-Tilio tomentosae, în care gorunul se asociază cu tei, mojdrean, cărpiniţă (Carpinus orientalis) şi frasin (Fraxinus excelsior, Fraxinus coriarirefolia) etc. Arbuştii sunt reprezentaţi de corn, păducel şi lemn câinesc, iar pătura erbacee este dominată de speciile sudice (Nectaroscerdum silicum ssp. bulgaricum, Lychnis coronaria, Arabis turrita, Lythosmermum purpureo-coeruleum, Mercurialis ovata etc.).
În vecinătatea silvostepei, pe soluri mai profunde, gorunul este înlocuit de stejarul brumăriu, în cadrul asociaţiei floristice Tilio tomentosae – Quercetum pedunculiflorae).