Nationalparken indeholder et storslået geologisk istidslandskab, som er meget velegnet til at forklare, hvordan det danske landskab er blevet dannet. Landskabet indeholder en unik natur med plante- og dyrearter af national og international værdi især inden for 3 naturtyper: Overdrev, skove og kystområder.
Græsningsnatur
Den helt dominerende naturtype i Mols Bjerge, er græsningsnaturen bestående af overdrev og hede. Jordbunden er her generelt set sandet, udvasket og næringsfattig.
Da agerbrug i Bjergene blev opgivet allerede i 1700 og 1800 tallet, har disse områder udviklet en værdifuld artsrigdom.
Mange områder blev tilplantet med nåletræ for ca. 100 år siden, men nogle af disse plantager er nu under afvikling, så landskabsformerne igen bliver tydelige, samtidig med at man genskaber græsset overdrev.
Overdrev er truet af tilgroning, der bortskygger mange arter, opsplitning, hvorved delområder mister forbindelse med hinanden, kvælstofbelastning fra luften, som primært kommer fra afbrænding af fossile brændstoffer, samt invasive arter, som er en trussel mod artsrigdommen.
Skove
Skovene i Nationalparken omfatter nåletræsplantager og gammel løvskov, samt mindre partier naturskov med naturlig vandstand og masser af dødt ved. Plantagerne ligger overvejende i den nordlige del af parken på hedesletten. Løvskoven ligger på morænebakkerne i parkens østlige og vestlige del. Specielt de gamle skove omkring godserne Kalø, Møllerup og Rugård har en særdeles varieret skovbundsvegetation og artsrigdom.
Kystområder
Kystområderne omfatter mosaikker af græssede og ugræssede arealer med strandenge og skrænter. Strandengene ligger overvejende på hævet havbund med artsrige kalkoverdrev, hvor der findes større bestande af sjældne planter. Endvidere omfatter naturtypen landskabeligt værdifulde områder omkring sandaflejringer, de såkaldte krumodder, bl.a. ved Begtrup Vig. Til kystnaturen hører også havområderne, som er artsrige med betydelige stenrev. Kystnaturen er flere steder truet af opsplitning, tilvoksning, invasive arter og næringsstoftilførsel.