武夷山國家自然保護區被稱為世界物種多樣的「生物之窗」。生物多樣性包括物種、生態系統和遺傳的多樣三個層次。這三方面，武夷山表現得十分突出。武夷山已發現生物種數超過8,800種，高等植物2,888種，低等植物840種，動植物特有種達一百多種。山上有中國中亞熱帶生態系統所有植被類型和數十種植被群系。它亦是世界生物模式標本產地，其物種的特異性和變異性，說明這裏生物遺傳的多樣，武夷山是中國和世界一座寶貴的生物遺傳基因庫。

掛墩位於武夷山自然保護區桐木村的高山上，分為上、中、下掛，雖是個小山村，卻是享譽國內外的「生物天堂」、世界生物模式標本產地，其中有許多著名的新種是在這裏發現的。這裏還被稱為「研究亞洲兩棲爬行動物的鑰匙」。1873年，法國神父大衞（David）首進掛墩，採集動物標本，自此掛墩便成為生物界競相追逐的對象。現在倫敦、柏林、紐約、夏威夷等地世界著名的博物館都保存着大批從掛墩和大竹嵐採集到的數以百萬計的生物標本。

大竹嵐位於武夷山國家自然保護區先鋒嶺下的一片遼闊的竹海中，周圍崇山聳翠，綠海騰波。走進大竹嵐，竹林密布，濃蔭遮天，空氣濕潤，氣候格外清涼，這裏是昆蟲繁衍生息的極樂世界，是蛇類繁殖的人間天堂。它和掛墩同被稱為世界生物模式標本產地，世界上有許多珍貴的生物新種就是在這裏發現的。據統計，德國人克拉伯利希在大竹嵐、掛墩一帶375天，所獲得的昆蟲標本達16萬號。外國傳教土、生物學家、科研人員相繼在這一帶採集的標本上百萬號之多。大竹嵐是個名副其實的「昆蟲世界」。

武夷山國家級自然保護區，中亞熱帶茂密的森林，為動物提供了最佳的生存環境和繁衍的棲息地，是名副其實的動物王國。武夷山已查明陸生脊椎動物有479種，約佔全國的五分之一，福建的一半。全國昆蟲已定名的有33個目，武夷山有已定名的31個目的5,000種。武夷山有國家重點保護野生動物57種，鳥類中屬國際保護候鳥有83種。武夷山因被稱為「鳥的天堂」、「蛇的王國」、「昆蟲世界」、「研究亞洲西棲爬行動物的鑰匙」等榮譽而馳名中外。

角怪，學名崇安髭蟾，是武夷山特有的兩棲類動物，屬蛙類。雄蟾上下唇長着黑色盾刺，有成對的，也有單根的，從兩枚到六枚都有。角怪的眼瞳能隨光線強烈而變化，在仿生學上有很大的意義。武夷山國家級自然保護區是角怪的模式標本產地，掛墩被稱為角怪的故鄉。紅面猴王又稱短尾猴，國家二級保護動物武夷山國家級自然保護區內有數十群。武夷山國家級自然保護森林繁茂、物種多樣，為紅面猴群的生存發展提供良好的生存環境。

由於武夷山未受第四紀冰川的侵襲，保留有眾多瀕危物種和古老孑遺物種。武夷山目前已查明的低等植物有480種，高等植物有2,888種，其中列入國家重點保護野生名錄的有25種，列入福建省重點保護的野生植物42種，列入世界貿易公約保護附錄II的種類101種。此外，有武夷山植物模式標本產地種57種。武夷山森林植被的常綠闊葉林為主，涵蓋了中國中亞熱帶地區所有的11個植被類型，在中國和全球同緯度的植被中，是首屈一指的。

南方紅豆杉：常綠喬木，國家一級保護植物。一般高度有15至20米。武夷山有一棵南方紅豆杉王高達35米左右。南方紅豆杉，材質優良，紋理直、結構細、耐水濕，邊材淡黃褐色，心材桔紅色，是高級工藝品、高級家具和水利工程的優良用材。

全球的昆蟲共有34個目，中國的昆蟲有33個目，武夷山國家級自然保護區已發現有31個目，約5,000種。在武夷山國家級自然保護區採集的標本，至少在200多萬號，目前還不斷有新品種被整理鑑定。據分析，昆蟲大都是對生物有益的養蟲，其中害蟲不超過2%，而且害蟲均可利用天敵進行自然平衡。武夷山國家級自然保護區的森林，從未出現過病蟲害，這跟昆蟲的作用是分不開的。武夷山的昆蟲多，是昆蟲的世界，武夷山的蝴蝶也多，是蝴蝶的家園。金斑喙鳳蝶是中國一級保護野生動物，是蝴蝶中的皇后，是武夷山的鎮山之寶，金斑喙鳳蝶因翅翼上有金黃色的班紋而得名。武夷山國家級自然保護區，蝴蝶約有200多種，僅鳳蝶就有16種。除鳳蝶科最珍貴的金斑喙鳳蝶之外，這裏還有中國特有的中華寬尾鳳蝶，有中國翅展最大的金裳鳳蝶，有豔麗迷人的寶鏡鳳蝶。1961年，中國首發的蝴蝶郵票金斑喙鳳蝶，該圖像來自英國倫敦博物館的實物模式標本，標本上註明其產地就在中國武夷山。

武夷山茂密森林中的千岩萬壑，為蛇的繁衍發展提供了良好的生態環境。武夷山的蛇類已查明有59種，約佔全國蛇類的三分之一，其中模式標本12種，其蛇種佔全國的26.4%，佔福建的68.6%。武夷山的毒蛇有10種，其中眼鏡蛇、五步蛇、竹葉青等最多。有專家估計，武夷山中大竹嵐和全區各地的五步蛇有50至100萬條。蛇的益處是能吞食老鼠和白螞蟻，害處是會傷人，重者致死、致殘。因此，在蛇活躍季節，遊客到自然保護區內得有防護措施。五步蛇又名尖吻蝮，有劇毒。據專家估計，武夷山國家自然保護區僅五步蛇就達數十萬條。

武夷山國家自然保護區已發現的鳥類有256種，其中新種及新亞種35種。這裏的鳥類以留鳥為主，約佔一半，其餘為候鳥和旅鳥。其中9%為食蟲鳥。武夷山又是「昆蟲的世界」，為鳥類提供了取之不盡的食物。黃崗山、掛墩、諸母崗是南來北往的候鳥和旅鳥的中轉站，也是鳥類在這裏填飽肚子，儲存能量，以利再度遠走高飛的驛站。大竹嵐、麻栗、三港、黃崗山是觀鳥的最佳場所。黃腹雉又名黃腹角雉、角雞，國家一級保護鳥類，屬瀕危物種，經數十年的保護，武夷山國家級自然保護區的黃腹角雉已有明顯增多。