Просачивающаяся дождевая и талая вода задерживается на водоупорных глиняных прослоях и питает почти всю растительность. Пестрота распространения этих водоупоров, приводит к мозаичности уровней залегания грунтовых вод и разнообразию растительности. Химические процессы в известняках, вызванные просачивающимися осадками, испещрили их не только мелкими и крупными пустотами (это явление называется карст), но и покрыли всю территорию многими сотнями воронок, образованными в результате проседания земли. Размером эти воронки бывают совершенно разные от нескольких десятков сантиметров до 10 - 20 метров. Поверхность заповедника полого поднимается на север от Оки. Разница высот между южной и северной частями составляет 70 метров.
В пойме Оки и примыкающей к ней террасе находятся дюны изогнутые песчаные валы, по-видимому, образованные деятельностью речных и озерных вод, форма которых в более поздние времена, возможно, была изменена под действием ветра. Некоторые валы возвышаются на 10 и более метров и имеют свои названия Турецкий, Пониковский. Почвы заповедника характеризуются значительным разнообразием. Преобладают дерновоподзолистые легкого механического состава (песчаные). Там, где близкого к поверхности залегают известняки, встречаются мощные дерновокарбонатные почвы.
В заповеднике можно встретить виды растений, относящиеся к различным климатическим зонам (от южной тайги до степей). С ранней весны и до поздней осени цветущие травы и кустарники сменяют друг друга. Весной лужайки сплошь покрыты голубыми незабудками, в борах раскрывается сонтрава, зацветают хохлатки и медуницы. В долах полянки цветущей клубники сменяются пышным пестрым ковром трав, на песчаных холмах розовеют гвоздики, в лесу белеют целые поля ландышей. В разгар лета воздух полон ароматом цветущих лип. В августе раскрываются сиреневые цветки вереска. Приближается осень краснеют гроздья калины, становятся заметными необычные разноцветные плодики бересклета. Особенно красиво в солнечные дни золотой осени.
В заповеднике охраняется много редких растений. Причины их редкости различны: одни удалены от своего основного ареала или находятся на его границе, других осталось просто мало из-за сбора как лекарственного сырья, многие стали малочисленными из-за распашки лугов, вырубки леса, загрязнения окружающей среды, сбора на букеты.
Уникальным является участок степной растительности не характерный для нашей природной зоны. Это самый северный участок степи в Европейской части страны. Он носит название Долы. Это старое русское слово ( у Пушкина "...и лес и дол видений полны...") означает понижение с плоским дном между валами, всхолмлениями. Удивительно, что многие растения, растущие в долах, оторваны от своего основного ареала на расстояние до 600 км. Ученые пытаются объяснить проникновение этих растений так далеко на север различными причинами. Большинство разделяет точку зрения древнего происхождения окской флоры, т.е. считает, что при отступлении ледника уцелела часть бывшей здесь степной растительности. Как бы то ни было, а долы сохранились, радуют нас необычными для средней полосы цветами, кустарниками, волнами ковыля; являются предметом исследований не только ботаников, так как степная флора определяет и видовой состав обитающих здесь беспозвоночных животных. Многие виды насекомых заповедника встречаются только в долах. Например бабочка желтушка, итальянский клоп щитник, дождевой червь Эйзения и др.
Леса заповедника смешанные, то есть состоящие из хвойных и лиственных пород. Чистых, состоящих только из одной породы лесов в заповеднике очень мало, поэтому часто лес, называемый сосняком или ельником, в действительности смешанный с преобладанием сосны или ели. Естественные леса в отличие от искусственных насаждений являются смешанными, они богаче разнообразными видами животных и растений, устойчивее к вредителям и болезням.
Смешанный лес, как правило, разделяется на более или менее четкие ярусы своеобразные слои, в которых сконцентрированы кроны деревьев и кустарников. Ярусы различаются высотой, сомкнутостью, составом растений. Обычно выделяют 23 яруса древостоя, подрост и подлесок, включающий молодые деревья и кустарники, травяной и мохово-лишайниковый покровы. Часто одна древесная порода может быть представлена в разных ярусах.
Птицы, населяющие смешанный лес, выбирают себе наиболее предпочтительные ярусы, где их птенцы защищены от врагов и где проще добывать корм. Так, гнезда крупных хищников расположены на вершинах крон больших деревьев первого яруса. Мелкие насекомоядные птицы предпочитают второй ярус или подлесок; филин вообще устраивает свои гнезда на земле.
Сосновые леса или боры преобладают в заповеднике и, вполне могут считаться символом Приокско-террасного заповедника. Сосновые леса занимают в заповеднике около одной трети всей покрытой лесом площади. Представлены они самыми различными типами сосновых лесов - от сухих лишайниковых боров до сосняков на сфагновом болоте. Особенно замечательны прилегающие к окской пойме остепненные боры с характерными растениями: келерией высокой, серебристой вероникой, ракитником и некоторыми другими.
В южной части заповедника замечательные боры растут на песчаных буграх и подковообразных валах, образование которых связывают с деятельностью больших потоков воды, некогда стекавших в долину р. Оки, и ветра. Высота этих песчаных валов достигает 12-15 метров. Почвы здесь столь бедны, что никакое другое дерево не смогло бы расти на них благополучно. На вершинах песчаных холмов земля у подножия сосен покрыта пепельным ковром лишайников. В менее сухих местах лишайники сменяются зелеными мхами, дающими название типу леса - бор зеленомошник. В отдельных местах почву сплошь покрывают заросли ландыша, наполняющего лес в период цветения нежным ароматом. Часто во втором ярусе сосняков растут дуб, береза, ель, подчас образуя густые заросли - излюбленное место для гнездования мелких насекомоядных птиц. В старых сосняках предпочитает селиться и ворон, строящий свои гнезда в развилках высоких сосен. Чистые боры одни из самых красивых лесов заповедника. На ковре из зеленых мхов стоят величественные 160летние сосны. Такие же леса вокруг заповедника уже вырублены, и только здесь сохранились полуторовековые сосняки. Есть и молодые, 50летние боры. Часто сосны растут на почвах столь бедных, что никакое другое дерево не смогло бы чувствовать себя здесь хорошо. Глубокий стержневой корень позволяет сосне добраться до воды через мощные песчаные отложения.
Многие проблемы заповедников возникают из-за непродуманного вмешательства человека в жизнь леса. Так, например, в первой половине 50-х годов в Подмосковье в основном уничтожили волка. В результате, уже в начале 60х в огромном количестве размножился лось, для которого волк был главным врагом. Корм лося молодые сосновые побеги. Непомерно размножившиеся животные объели все молодые сосенки, тем самым уничтожив подрост и истощив запасы своего зимнего корма. Человек после этого отрегулировал численность лося, но прошло уже около 40 лет, а даже в старых борах нет молодых деревьев. Это является характерным примером тесной взаимосвязи всех компонентов в природе.
Березовые леса по распространенности в заповеднике находятся на втором месте после сосновых. Как примесь, береза входит в состав леса по всей территории. Корневая система березы на песчаных почвах поверхностная, поэтому при сильных ветрах дерево легко выворачивается. В него быстро проникают споры разрушающих грибов. Они прорастают, начинается процесс разложения древесины грибами. В результате на поверхности березы образуются плодовые тела трутовики. Так их называют потому, что в древности их мягкая, похожая на войлок ткань шла для добывания огня в качестве легковоспламеняющегося материала трута.
В заповеднике широко распространены разрушающие грибы настоящий и окаймленный трутовики, и редкий, занесенный в Красную книгу ежевик коралловидный (поселяется на мертвом дереве), а также широко применяемый в медицине гриб чага. Грибы через 57 лет превращают упавшую березу в труху.
По территории заповедника проходит южная граница естественного распространения ели. И хотя виды на границах своего ареала, как правило, бывают угнетены, в заповеднике еловые леса занимают все новые участки прежде лиственного леса.
Даже в солнечную погоду в еловом лесу сумерки. Поэтому здесь растут только приспособленные к жизни в тени травы и кустарнички. Например, у кислицы листочки могут специально располагаться таким образом, чтобы меньше затенять друг друга. Также сориентированы семь листочков у седмичника. В большом количестве встречается интересное растение копытень (если его потереть, появляется запах перца). Опыляют копытень муравьи. Из кустарничков теневынослива черника.
Прошло немало времени после рубок военных лет, и под пологом березовых, осиновых и других лиственных лесов активно начинает расти ель. Пройдет еще немного времени, и бывшие светлые лиственные леса превратятся в густые темные ельники.
Липа, наряду с елью и сосной одна из наиболее распространенных древесных пород заповедника, однако чистых липняков здесь практически нет. Как показывают результаты многолетних исследований, липа активно распространяется в заповеднике. Этому способствует ее высокая способность прорастать из спящих почек, от пня старого или погибшего дерева. В этом случае молодые побеги растут быстрее, чем растения из семян. Семена липы (орешки) очень любят лесные млекопитающие: мыши, полевки, землеройки.
Небольшую площадь, меньше одного процента, занимают в заповеднике болота. Они образовались в тех местах, где подстилаются водосборной по форме и водонепроницаемой глинистой породой.