1. Đa dạng loài.
Đã từ lâu nhiều nhà thực vật nước ngoài cũng như trong nước đã tiến hành nhiều cuộc khảo sát khu hệ thực vật của VQG Tam Đảo.
Dựa trên cơ sở các tài liệu liên quan và kết quả các đợt điều tra, khảo sát Trần Ninh (2005) đã thống kê ở VQG Tam Đảo có đến 1436 loài thuộc 741 chi, 219 họ, 6 ngành thực vật bậc cao ( Bảng 1: Số loài của các ngành thuộc phân giới thực vật bậc cao).
2. Đa dạng thảm thực vật
Dựa trên các tài liệu đã xuất bản cũng như qua các đợt khảo sát, Trần Ninh (2005) đã chia thảm thực vật Tam Đảo thành các kiểu chính sau:
2.1. Rừng lùn trên đỉnh núi và các dông núi hẹp
Rừng lùn trên đỉnh núi là kiểu phụ đặc thù của rừng kín thường xanh mưa ẩm á nhiệt đới, núi thấp được hình thành trên các sườn dông dốc hay các đỉnh núi cao, có mây ẩm và sương mù thường xuyên bao phủ quanh năm.
2.2. Rừng kín thường xanh nhiệt đới ẩm, gió mùa vùng núi cao trung bình trên sườn dốc thoát nước và vùng đỉnh núi
Kiểu rừng này phân bố khá rộng trên dãy Tam Đảo, trên sườn núi có độ dốc từ 26o đến trên 35o và trên đường đỉnh có tầng đất nông, ở độ cao từ 800-1500 m trên mực nước biển.
2.3. Rừng kín thường xanh nhiệt đới ẩm gió mùa vùng núi cao trung bình trên đất ngập nước vùng đỉnh núi.
Vùng đất ngập nước gần đỉnh núi là sinh cảnh đặc sắc trong các hệ sinh thái trên đường đỉnh của dãy núi Tam Đảo, kéo dài từ độ cao gần 1100m bên trên Đền Thượng (Tây Thiên) đến gần đỉnh quèn lối đi sang xã Ký Phú (Đại Từ, Thái Nguyên)
2.4. Rừng kín thường xanh hỗn giao tre trúc - cây lá rộng.
Rừng kín thường xanh hỗn giao tre trúc - cây lá rộng phát triển trên các sườn dốc trên 26o, có nơi đến 45-50o, tầng đất mỏng, nhiều ánh sáng, tạo thành vành đai bao quanh vùng đỉnh núi và phát triển cả trên các đỉnh núi thấp từ độ cao 800 m đến 1000 m. Thành phần thực vật chủ yếu là các cây trong phân họ Tre (Bambusoideae) và các loài cây gỗ đặc trưng cho vành đai độ cao này thuộc các họ Dẻ (Fagceae), Long não (Lauraceae), Chè (Theaceae).
2.5. Rừng kín thường xanh mưa ẩm nhiệt đới
Phân bố ở các độ cao dưới 800m, trên đất feralit đỏ vàng hình thành từ đá rionit, tầng mỏng, thịt nhẹ, nghèo dinh dưỡng, đá lộ nhiều. Thành phần loài cây phong phú, gồm nhiều loài của các họ nhiệt đới như họ Đậu (Fabaceae), họ Dầu (Dipterocarpaceae), họ Xoan (Meliaceae), họ Sim (Myrtaceae), họ Trám (Burserac-eae). Nhiều loài có giá trị kinh tế cao.
2.6. Rừng thưa thứ sinh phục hồi sau nương rẫy, sau khai thác
Kiểu rừng này bao gồm chủ yếu các cây thân gỗ, lá rộng, ưa sáng, sinh trưởng nhanh và chất lượng gỗ kém (gỗ tạp). Hình thành trên các phần bị chặt phá, khai thác hoặc đốt rừng làm rẫy, đôi khi xen kẽ dạng da báo ngay trong các kiểu rừng nguyên sinh hoặc dọc theo các suối, vùng đồi gần thôn bản. Trong kểu rừng này điều kiện khí hậu tương đối khô, các loài trà thường gặp ở đây là Camellia gilbertii, C. sinensis var sinensis
2.7. Rừng trồng ( bạch đàn, keo, lim, thông đuôi ngựa)
Rừng trồng ở Tam Đảo đã có từ thời Pháp thuộc, loài cây chủ yếu trồng ở đây là Thông đuôi ngựa (Pinus massoniana), Lim xanh (Erythrophloeum fordii).
2.8. Trảng cây bụi
Kiểu này xuất hiện ở những nơi rừng đã bị chặt phá, khô hạn, nhiều ánh sáng. Các loài thường gặp là Thàu táu (Aporosa dioica), Thao kén đực (Helicteres angustifolia), Thao kén cái (Helicteres hirsuta), Me rừng (Phyllanthus emblica), Thổ mật (Bridelia monoica).
2.9. Trảng cỏ
Trảng cỏ hình thành trên các phần đất rừng đã bị khai thác kiệt hoặc sau nương rẫy, đất bị thoái hóa mạnh, tầng đất rất mỏng, nghèo dinh dưỡng, hiện tượng feralit hóa xả ra rất mạnh. Trong VQG Tam Đảo gặp cả hai loại Trảng cỏ cao và Trảng cỏ thấp. Các loài đặc trưng đều là các cây họ Lúa (Poaceae) như Lách (Saccharum spontaneum), Chít (Thysanolaena maxima), Cỏ Lào (Chromolena odorata), Cỏ tranh (Imperata cylindrica), Cỏ đắng (Paspalum scrobiculatum), Cỏ sâu róm (Setaria viridis)…