Тук преобладава варовикът. Известно е, че биологичното разнообразие на карстовите терени е два-три пъти по-голямо от това на другите ладшафти. В долината има стотици по-малки пещери без разклонения.

По стръмните скатове над реката има горско-храстова и тревна формация, наречена “тъм­на гора”, съставена от дъб, бряст, клен, ясен, мекиш, липа, богат подлес от храсти – глог, шипка, птиче грозде, люляк и разнообразна тревна растителност. 

Гордост за парка са редките и защитени растителни видове, от които един български и пет балкански ендемита, между които ковачев зановец, диекианов лопен, с единствено находище в Поломието. Интересен представител на степната растителност е Йоановото коило.

Фауната е още по-разнообразна. Между безгръбначните заслужават внимание карпатският скорпион и сколопендрата.Още 10 вида земноводни (от които 5 защитени) и 19 вида влечуги населяват Долината. Особена зоогеографска стойност имат нощното гущерче. Срещат се два вида сухоземни костенурки, петнистият смок и смокът – мишкар, медянката, пепелянката.

В реката могат да се срещнат 22 вида риби, раци, охлюви и речни миди. Спортният риболов е разрешен.

Паркът е истински птичи рай. Тук се срещат много птици, които са застрашени в цяла Европа, затова Ломовете са обявени за орнитологично важно място.