Sotto il profilo scientifico la Selva assume particolare rilievo in quanto costituisce l'ultimo esempio, avente ancora una superficie considerevole, del tipo di foresta che ricopriva, fino al 1700, l'intera fascia collinare delle Marche. Qui la specie prevalente è il cerro (Quercus cerris); sono inoltre presenti la roverella (Quercus pubescens), l'orniello (Fraxinus ornus), l'acero campestre (Acer campestre), ecc...

Floristicamente interessanti sono il carpino orientale (Carpinus orientalis), un elemento pontico la cui distribuzione interessa esclusivamente la parte meridionale della regione Marche, l'elleboro di Bocconi (Helleborus bocconei ssp. bocconei) e l'arisaro (Arisarum proboscideum). Altre presenze di notevole rilievo sono il bosso (Buxus sempervirens) ed il capo-chino (Carpesium cernuum), specie rara in Italia settentrionale, ancor meno frequente in quella centrale e completamente assente nel meridione.

Dal punto di vista faunistico è da ricordare la presenza del capriolo (Capreolus capreolus), specie estinta nelle Marche sin dagli inizi del 1900, successivamente reintrodotta in diverse località della regione tra cui nel 1957, anche all'Abbadia di Fiastra.

Tra i carnivori ricordiamo la volpe, il tasso (Meles meles), la faina (Martes foina), la puzzola (Mustela putorius) e la donnola (Mustela nivalis). Gli uccelli rappresentano certamente l'elemento più evidente all'interno della riserva; tra i nidificanti più comuni nella selva si ricordano: l'allocco (Strix aluco), il picchio verde (Picus viridis), il picchio rosso minore (Picoides minor), il rigogolo (Oriolus oriolus), l'usignolo (Luscinia megarhyncos) e il rampichino (Certhia brachydactyla), oltre al colombaccio che durante la stagione invernale si rifugia nella zona formando folti stormi composti anche da alcune migliaia di esemplari.

Nell'ambiente dei campi coltivati circostanti la selva ed i boschetti della zona, oltre a specie più diffuse come la cornacchia grigia (Corvus corone cornix) e la gazza (Pica pica), sono presenti la tortora (Streptotelia turtur), l'upupa (Upupa epos), l'assiolo (Otus scops) e l'allodola (Alauda arvensis).