Le caratteristiche floristiche e vegetazionali del Parco variano con il variare degli aspetti morfologici del territorio e dei diversi ambienti di cui esso si compone.
Nell'Area Stirone è possibile osservare differenti popolamenti vegetali partendo dalle rive e inoltrandosi verso l'area collinare. Gli ambienti legati al corso d'acqua sono caratterizzati dalla presenza di specie vegetali particolarmente esigenti di umidità, talvolta in grado di resistere anche alla sommersione completa. La zona del greto è occupata da specie erbacee per lo più annuali, quali il Poligono nodoso, la Salcerella, il Meliloto bianco, l'Erba Viperina, e da elementi arbustivi, rappresentati prevalentemente da cespugli di Salici.
Le acque stagnanti sono rapidamente colonizzate dalla Tifa, talmente tipica dell'ambiente fluviale da essere assunta a simbolo del Parco; pianta di notevoli dimensioni, è facilmente riconoscibile per la presenza delle tipiche spighe (i fiori femminili), che raggiungono i 15 centimetri di lunghezza.Le querce dei boschetti collinari sono accompagnate dal Carpino nero, dall'Orniello e da numerose specie di arbusti, tra le quali il Corniolo, la Ginestra, lo Scotano, la Rosa canina e il Ginepro. Non vanno dimenticate le specie erbacee che costituiscono lo strato inferiore dei boschi e degli arbusteti, come i diversi anemoni, il Bucaneve, la Primula, l'Erba trinità, la Polmonaria, il Dente di cane, la Scilla, la Peonia, le Orchidee e lo splendido Dittamo.
Molto localizzato sul territorio del Parco è il castagneto, presente soltanto sul monte Santo Stefano e in poche altre zone collinari
Caratteristiche particolari ha la vegetazione presso L'Ofiolite di Pietra nera; questo ambiente estremo, ospita una flora specializzata, che si è abituata a vivere su questi particolari substrati grazie a specifici adattamenti.
Nell'Area del Piacenziano, la fitta e articolata compenetrazione di boschi, calanchi, prati aridi, aree arbustive e coltivi, che caratterizza il paesaggio di questa zona, ha favorito il mantenimento di un'elevata biodiversità la cui valenza aumenta considerevolmente in rapporto alla limitata estensione territoriale dell'area protetta.
Da un punto di vista floristico-vegetazionale l'area è caratterizzata dalla presenza di un complesso mosaico ambientale in cui sono ben rappresentati alcuni habitat di interesse comunitario.
Si incontrano praterie aride con stupende fioriture di Orchidee, a cui si alternano habitat popolati da formazioni vegetazionali tipiche delle rupi calcaree e delle instabili pareti calanchive, habitat fluviali e dei fondovalle calanchivi popolati da formazioni vegetazionali igrofile (Salice bianco e Pioppo bianco), habitat popolati da formazioni vegetazionali tipicamente mesofile, che hanno, cioè, un fabbisogno idrico medio ("Laburno-Ostryon", "Lathyro veneti-Carpinetalia" ) e habitat popolati da formazioni vegetazionali submediterranee xerofile, più adatte ad ambienti aridi (Prunetalia spinosae", "Arbusteti a Ginestra odorosa", "Quercetalia pubescentis").
Tra le specie floristiche spontanee di maggior pregio sono da menzionare la presenza di diverse Orchidiacee (A. piramidalis, L. abortivum, O. purpurea, O. morio, O. simia, O. apifera, O. bertoloni, O. fuciflora, O. sphegodes, C. damasonium, C. rubra, N. nidus avis, L.ovata) e di altre specie quali l'Aglio Orsino, la Psoralea bituminosa, il Mughetto, il Dente di Cane, il Campanellino, la Scilla bifolia, la Pervinca minore.
Tra le arboree spontanee è da segnalare, invece, la presenza del Tilio selvatico, del Maggiociondolo, del Ciavardello, dello Scotano; presente, e talora anche abbondante, il Pungitopo.