Qua điều tra hệ thực vật khu BTTN Xuân Liên đã xác định được 1142 loài, 620 chi và 180 họ. Trong đó ngành Mộc lan là đa dạng nhất chiếm 87,3% tổng số loài của khu vực nghiên cứu, với 35 loài có nguy cơ bị tuyệt chủng được ghi trong sách đỏ Việt Nam chiếm 3,06%. Hệ thực vật Xuân Liên có nhiều loài cây có giá trị và cho nhiều công dụng, cây làm thuốc có số loài cao nhất với 296 loài, cây cho gỗ 210 loài, cây ăn được 24 loài, cây làm cảnh 41 loài, thấp nhất là cây cho tinh dầu với 14 loài.

Hoa lan Hồ điệp (Phalaenopsis) vài năm trở lại đây được người tiêu dùng ưa chuộng. Nhu cầu sử dụng ngày càng tăng, đặc biệt tập trung ở các thành phố vào các dịp lễ tết.