Las Médulas se encuentra en el interfluvio entre el Sil y el Cabrera, al pie de los Montes Aquilianos. En su interior los contrastes topográficos son notables: valles encajados, laderas abruptas, pequeñas llanuras. Es un espacio topográficamente compartimentado en el que se detectan variados ecosistemas y formas de aprovechamiento de los recursos.

Las formaciones de vegetación natural traducen estas condiciones. Se distinguen zonas de encinares, de alcornoques, formaciones de rebollos y alisedas. Los encinares se extienden, sobre todo, en las proximidades del Sil. En varios sectores en ambas márgenes del Sil y del Cabrera se encuentran masas de alcornoques, los más septentrionales de la Península. En encinares y alcornocales habitan jabalís, ginetas, tejones, azores, gavilanes, palomas torcaces. Los rebollos se encuentran en las tierras más altas, por encima de los 700 metros. Por encima de los 1000 metros abunda el brezo rojo. Su fauna coincide con la de los bosques ya mencionados pero son especialmente representativos el corzo y la becada. En los Montes Aquilianos se encuentran águilas perdiceras, garduñas, roqueros rojos y aviones roqueros. Junto a los cursos de agua se encuentran formaciones riparias, compuestas por sauces, alisos y álamos. Este tipo de vegetación se conserva bien en algunos tramos del Cabrera, entre Castroquilame y Vega de Yeres, por ejemplo, o en el curso del Isorga: en el tramo cercano a Voces hay un buen ejemplo de bosque-galería caducifolio.

Formaciones de este tipo también se pueden encontrar junto al Embalse de la Campañana y al Lago de Carucedo. Esta es la más antigua de las masas de agua existentes en Las Médulas, consecuencia directa de la explotación minera romana. En ambos lugares se encuentran peces, anfibios y aves ligadas a medios acuáticos. Además del Lago de Carucedo, en los canales de evacuación de estériles de la mina, hay zonas casi permanentemente encharcadas, e incluso una de ellas quedó convertida en un lago permanente, el Lago Somido. En sus orillas hay cañaverales y juncales y se puede apreciar una extensa colonia de nenúfares.

Como en el caso de los ecosistemas lacustres, es importante tener presente que la vegetación que actualmente podemos ver en la zona de Las Médulas es el resultado de diversas y a veces serias transformaciones con frecuencia provocadas por el hombre y sus formas de aprovechamiento del suelo. Entre las especies introducidas para su explotación, la más característica de la zona es el castaño: como árbol cultivado aparece aquí asociado al poblamiento romano y sus castañas continúan siendo un recurso importante. En muchas ocasiones forman auténticos bosques y, en su variante silvestre, han colonizado algunas áreas, mezclándose con el roble, la encina y algo de arce silvestre.