L'île a conservé l'étonnante diversité écologique de l'état primitif des Îles-de-la-Madeleine. Une petite partie de l'île, à l'ouest, est exempte des restrictions propres aux réserves écologiques et est ouverte au camping sauvage. Elle a entre autres fasciné le botaniste Marie-Victorin (1885-1944).
Selon plusieurs sources, il a été reconnu que l'île Brion possède à la fois les éléments qui caractérisent les paysages marins québécois et qu'elle constitue un site représentatif de l'ensemble des caractéristiques écologiques de l'archipel madelinot, sauf en ce qui a trait aux lagunes , absentes su l'île Brion.
La Réserve écologique de l'Île Brion comporte donc :
- une sapinière à épinette blanche, constituuée en majorité de la forêt primitive,
avec quelques anciens bûchers et des tranchées plus récentes traversant l'Île
- une forêt rabougrie protégeant le secteur de forêt mature
- des prairies sur sols élevés et minces
- des dunes et plages
- des marais et marécages
- des falaises de grès et de calcaire,
- des tourbières et pessières
- près de 140 espèces d'oiseaux et plusieurs espèces de plantes dont certaines espèces rares et menacées;
- une faune et flore marine omniprésentes
- de nombreux insectes et quelques mammifères terrestres.
Les sables côtiers désignent une végétation sur sols salés secs; elle comprend les plages, où seules quelques plantes pionnières son retrouvées, telles le caquiller édentulé et la sabline, et les dunes mobiles à ammophile, groupement où l'on retrouve quelques autres espèces, telles l'armoise, les pois de mer et la myrique de Pennsylvanie. Le groupement ne comporte ni mousse, ni lichen, ni plante ligneuse d'aucune sorte. Les espèces qui le composent réussissent à s'y maintenir seulement grâce à leurs facultés spéciales d'adaptation.
La pessière sur dune qui résulte de l'évolution progressive de la végétation des dunes fixées; la composition floristique de ce milieu peut varier d'un endroit à l'autre selon la proximité de la nappe phréatique (trous de déflation); ces peuplements peuvent parfois avoir une assise de mousses et de sphaignes et sont toujours rabougris et de faible densité (mais très importants pour la fixation du territoire).
La Lande à Empetrum représente la dune stabilisée propice à l'installation de nombreuses espèces dont la camarine noire (Empetrum nigrum), l'arctostaphyle, l'hudsonie tomenteuse, le génévrier et le myrique de Pennsylvanie (plante rare du genre Myrica).
Les prairies et pâturages sont des endroits où la strate herbacée domine et est très dense; on y retrouve des graminées telles le mil, la fétuque rouge, le pâturin, le foin d'odeur et l'agrostiche. On retrouve aussi d'autres variétés comme l'épervière, l'oseille, la potentille, le pissenlit, le plantain et les fraisiers, et quelques arbustes tels les rosiers, l'aulne crispé et le génévrier. Quelques semis de sapins ou d'épinettes complètent le décor. Sur l'île Brion, ces prairies se retrouvent sur des sols élevés et peu profonds.
