Разнообразният релеф, съчетан с различните климатични влияния от континента и Средиземноморието, обуславят района на Източни Родопи като един от най-богатите на биоразнообразие в Европа. В Източни Родопи се срещат видове, характерни за флората както на Европа и Средиземноморието, така и на Анатолия и Кавказ.
Досега са открити близо 2000 вида висши растения, като от тях 37 са балкански ендемити, т.е. се срещат само на Балканския полуостров, 22 са български ендемити и са разпространени само в България, а Юрушкият лопен (Verbascum juruk)се среща само в Източните Родопи. Над 20 са растенията реликти, които са оцелели и достигнали до нас от далечни времена. Сред тях са родопският силивряк (Haberlea rhodopensis) и родопската горска майка (Lathraea rodopaea).
Някога Източни Родопи са били покрити с гъсти гори. Днес само една трета от Източните Родопи е залесена, главно с широколистни гори със субсредиземноморски характеристики. Най-големи площи заемат дъбовите гори, а буковите гори се срещат в по-високите южни части Горските видове включват космат дъб (Quercus pubescens), мъждрян (Fraxinus ornus), червена хвойна (Juniperus oxycedrus) и два вида бук (Fagus sylvatica и Fagus orientalis), a източният бук (F. Orientalis) е уникален вид за Източните Родопи и Странджа. Характерни за Източни Родопи са и крайречните горички от източен чинар (Platanus orientalis), запазени на места по долините на р. Арда и р. Бяла река.
Запазени са и малки петна от естествените гори от черен бор (Pinus nigra), които някога са покривали планината. За опазването им са обявени резерватите “Чамлъка”, “Борака”, “Боровец” и “Женда”.
В миналото голяма част от горите са били изсечени, за да се освободят пасища и обработваеми земи. На места те са заменени от храсталаци главно от келяв габър (Carpinus orientalis), драка (Paliurus spina-christi), червена хвойна (Juniperus oxycedrus).
Останалата част от планината е покрита от обширни пасищни и обработваеми площи. По този начин се оформя характерният за Източни Родопи мозаечен пейзаж – редуващи се открити площи с формации от храсти и гори, който предоставя разнообразни местообитания и предопределя уникалното биоразнообразие на района.