Die hohe Biodiversitaet ist auf die historisch gesehen extremen und häufig wechselnden Umweltbedingungen in diesem Biom zurückzuführen. Der Atlantische Wald beherbergt schätzungsweise 250 Säugetierarten, 340 Amphibienarten, 1.100 Vogelarten und etwa 20.000 Baumarten. Beeindruckend ist auch, dass etwa 40% der Baumarten und 80% der Primaten einzigartig sind, daher nur noch in diesen Gegenden zu finden sind.

Die Vielfalt und Anmutung der Vegetation und Flora im Atlantischen Wald ist atemberaubend. Mit stellenweise mehr als 450 Baumarten pro Hektare übertrift der Atlantische Wald die Biodiversität der Amazonas Region. Ihre Komposition und Struktur variiert in Abhängigkeit der Bodenbeschaffung, des Klimas und der anzutreffenden Topografie des Geländes. Im sogenanten Bergregenwald zwischen 50 und 1.000 m ist die Vegetation am ausgeprägtesten mit gigantischen, bis zu 40 m hohen Baumriesen. Aus Meereshöhe sind die Vegetationsstufen "Tieflandwald und Galeriewald verbreitet. Dort finden sich auch dem Atlantischen Wald assozierten Oekosysteme "Restinga" und "Mangroven".