O Parque Nacional da Serra dos Órgãos situa-se no domínio da Mata Atlântica que, por ter sido reconhecida como um dos biomas mais críticos para a conservação da biodiversidade global, foi declarada pela UNESCO Reserva da Biosfera, em 1991. A Serra dos Órgãos foi classificada pelo Ministério do Meio Ambiente como de extrema relevância para a conservação da flora.
Localizado na região fitoecológica fluminense classificada como Floresta Ombrófila Densa, o Parque apresenta um grande volume de chuvas, que chega a 3.600mm anuais, um dos fatores decisivos para a perene exuberância de sua vegetação e para a riqueza das espécies que abriga, muitas das quais exclusivas desse ecossistema.
Entre as mais de 2.800 espécies registradas no Parque, destacam-se 369 espécies de orquídeas e mais de 100 de bromélias.
As coberturas florestais variam de acordo com as cotas altimétricas:
Até 500 metros - as encostas de baixa altitude são cobertas pela floresta pluvial submontana, com a presença de árvores de até 30 metros de altura, ocorrendo espécies como a palmeira juçara, da qual é extraído o palmito, a pindobinha, a samambaiaçu, e outras, como o murici, o baguaçu, o jacatirão, a faveira e a embaúba.
Entre 500 e 1.500 metros - nesta faixa altitudinal a vegetação é classificada como floresta montana. Esta é a formação que possui maior estratificação vegetal entre as diferentes fisionomias da mata atlântica. A estrutura dessa mata possui variações dependentes das condições específicas de cada área, mas em muitas formações as maiores árvores atingem até 40 metros, e o dossel superior (conjunto contínuo de copas de árvores) encontra-se entre 25 e 30 metros. O estrato arbóreo é dominado por grandes árvores, como o jequitibá-rosa, o ouriceiro, a canela e a canela-santa, que tinge de amarelo a supremacia do verde. Os troncos e os galhos das árvores são cobertos de epífitas. Além das bromélias e orquídeas, muito comuns e de variadas espécies, são encontradas diferentes lianas (cipós), begoniaceas, araceas e pteridophytas (samambaias). O estrato herbáceo é povoado por begônias, orquídeas, bromélias e gramíneas, além de jovens das espécies arbóreas de tamanho semelhante ao das espécies herbáceas e arbustivas.
Acima de 1.500 metros - matas nebulares, freqüentemente encobertas por nuvens. Classificadas como floresta pluvial alto-montana. A formação florestal é dominante, de porte arbóreo baixo, cerca de 5 a 10 metros. As árvores possuem troncos tortuosos e cobertos por camada de musgos e epífitas, exibindo um certo grau de xeromorfismo, devido às baixas temperaturas. O sub-bosque desta mata é dominado por significativa diversidade de espécies arbustivas. As bordas de afloramentos são tomadas por pteridófitas e briófitas de diversas espécies. É grande a concentração de epífitas, como bromélias e orquídeas. O número de espécies endêmicas nesta faixa altitudinal é bastante elevado.
Acima de 2.000 metros- o Campo das Antas, a 2.134 metros de altitude, próximo à Pedra do Sino, ponto culminante do Parque, é um dos únicos exemplos fitogeográficos do Estado do Rio de Janeiro do subtipo Refúgio Ecológico Alto-Montana, também conhecido como Campo de Altitude, com um grupamento vegetal herbáceo-arbustivo aberto, que se desenvolve sobre os afloramentos rochosos. Por estar na parte mais alta (áreas de contribuição, de onde água e solo descem para outros locais, mas que nada recebem, ao não ser da atmosfera), a vegetação possui aspecto seco, o solo é raso e a radiação solar é intensa. Estudos encontraram 347 espécies vegetais nesse ambiente, das quais 66 endêmicas desse ecossistema. São comuns as também formações ligeiramente mais fechadas, dominadas por espécies herbáceas rupícolas e adensamentos de pequenos arbustos lenhosos, e também vastas áreas recobertas por campos. Estas formações são dominadas por espécies das famílias das orquídeas e bromélias, além de gramíneas e ciperáceas. Ainda quanto à vegetação, o Campo de Altitude pode ser subdividido em região dos picos; região de vegetação graminosa; região de charcos; região de depressão; região de capões e região de rochas descobertas.
Além do gradiente de variação com a altitude, a vegetação da floresta pode ser classificada pela variação no porte da vegetação. O estrato arbóreo é formado pelas árvores adultas. O conjunto de copas de diferentes espécies e de diferentes alturas forma uma cobertura quase contínua denominada dossel florestal. As árvores que são mais altas do que as demais são chamadas emergentes. O dossel filtra a luz do sol e retém o calor. O estrato arbustivo é formado por samambaias, palmeiras, arbustos e árvores de porte médio. Entre os principais representantes da flora, nesta camada da floresta, estão a palmeira jussara (palmito) e arbustos. O estrato herbáceo corresponde ao conjunto de plantas pequenas, como o caeté, além das plântulas e mudas de várias espécies. A camada de detritos do chão da floresta, formada por galhos, folhas, flores e frutos, em vários estágios de decomposição, recebe o nome serapilheira ou líter e sustenta uma importante cadeia que se alimenta deste material, além de regular a umidade do solo.
