Растительный мир — одна из главных достопримечательностей парка. Его своеобразие и необыкновенность обусловлены низкогорным характером рельефа, наличием карбонатных пород — доломитов, благоприятных для произрастания многих видов растений.
Здесь выявлено 624 вида высших сосудистых растений, 340 видов мхов и около 450 видов лишайников. По видовому разнообразию местная флора значительно богаче флор смежных территорий, что послужило основанием для выделения особого Северо-Западного флористического района Карелии как части флористической провинции Куусамо.
Территория парка находится в подзоне северной тайги, поэтому ядро его флоры составляют таежные виды. Однако присутствуют виды как с северными и южными, так и с восточными связями.
Наибольший отпечаток на состав флоры наложил низкогорный характер рельефа, поэтому здесь присутствует большая группа арктических и арктико-альпийских видов, характерных для тундровой зоны и высокогорий. В эту группу входят ожика колосистая, латук альпийский, пырей аляскинский, филлодоце голубая, луазелеурия распростертая, лапчатка снежная, арктоус альпийский и многие другие. Здесь они находятся у южных границ своего сплошного распространения или имеют изолированные от основной части ареала местонахождения. Большинство из этих растений в Карелии встречаются только здесь.
Особо следует подчеркнуть роль обнаженных горных пород в разнообразии растительного мира парка. Самое известное обнажение доломитов — скалы Рускеакаллио на северном берегу Паанаярви. На небольшом пространстве встречаются качим пучковатый, крупки серая и волосистая, астра сибирская, лапчатка Шамиссо, проломник северный, гакелия поникшая, волчье лыко, мелкие папоротники костенцы постенный и зеленый. Для многих из перечисленных растений это единственное известное место произрастания в Карелии.
Встречаются многие редкие, не свойственные для данного региона как южные, так и северные виды растений. Из кальцефильных видов следует отметить хорошо известные венерин башмачок настоящий, дремлик темно-красный, вудсия альпийская, голокучник Роберта.
Благодаря климатическим и почвенным условиям здесь встречаются целый ряд видов с южными связями: орляк обыкновенный, ландыш, горошек лесной, фиалка Ривиниуса, земляника лесная и др.
Особый интерес, наряду с северными и южными видами, представляет группа восточных, так называемых «сибирских» видов. По мере отступления последнего ледника (10-10,5 тысяч лет), они двигались с востока на запад. Часть из них продвинулась далеко в западном направлении: диплязиум сибирский, осока вздутоносая, калипсо луковичная, тайник сердцевидный, смолка татарская, гвоздика пышная, фиалка Селькирка и др. Несколько видов дальше территории парка не продвинулись или имеют западнее единичные местонахождение: астра сибирская, ива грушанколистная, жимолость голубая, мятлик Танфильева. Таким образом, характер современного распространения сибирских видов в Фенноскандии неоспоримо свидетельствует, что по долине р. Оуланка — оз. Паанаярви — р. Оланга проходит важнейшее русло расселения восточных таежных видов флоры на запад.
Флора Фенноскандии и парка является очень молодой и относится к миграционному типу, поэтому здесь практически отсутствуют эндемики и межледниковые реликты. Со времени начала схода последнего ледника некоторые виды довольно хорошо успели обособиться в локальные расы. Сейчас они рассматриваются как неоэндемичные. Это незабудка холодная, тимьян субарктический, синюха колокольчиковая, ольха кольская, василисник северный, мятлик высокогорный.
Бриофлора Карелии — одна из наиболее богатых в России. Она состоит приблизительно из 900 видов и имеет очень высокое разнообразие биотопов, особенно скальных. Флора мхов представлена 340 видами листостебельных мхов, из них 14 видов встречаются только на территории парка и более нигде в Карелии не отмечены.
Характерной особенностью бриофлоры парка является заметное участие в ее составе видов с более южным распространением, которые на этой широте в соседних регионах практически не встречаются. К ним относятся Anomodon viticulosus, A. longifolus, Brachythecium velutinum, Orthodicranum flagellare, Plagiomnium rostratum, P. elatum, и др. На территории парка установлены самые северные местонахождения ряда видов: Didymodon fallax var. reflexum, Neckera crispa, Orthodicranum flagellare и др.
Лишь в национальном парке «Паанаярви» обнаружены такие редкие арктомонтантанные виды, как Bryum articum, Diphyscium foliosum, Grimmia montana, Gymnostomum boreale, Hypnum hamulosum, plagiobryum zieri, Pohlia obtusifolia.
По ранним сборами ученых (1995г.) подтверждено произрастание четырех редких видов: Hynum vaucheri, Rhynchostegium riparioides, Seligeria brevifolia, Tauloria ligulata.
Многие редкие виды характерны для скал и тундрового пояса гор Нуорунен, Кивакка и др. Фитоценозы, в которых произрастают редкие виды, недостаточно устойчивы, и могут быстро разрушиться. Это обстоятельство необходимо учитывать при обустройстве экологических троп.
Афиллофороидные грибы являются частью лесных экосистем и играют существенную роль в их функционировании. Они активно участвуют в распаде и ресинтезе органических веществ. При оценке состояния лесных экосистем древоразрушающие макромицеты приняты как один из важных биоиндикаторов.
К настоящему времени на территории парка известен 171 вид афиллофороидных грибов, из них 154 вида — активные разрушители сухостойных и валежных деревьев, обеспечивающие в процессе разложения древесины возврат микроэлементов и углерода в биологический круговорот. Тем самым грибы выполняют полезную роль «санитаров» в лесу: при их отсутствии поверхность земли покрылась бы стволами деревьев.
Уникальность данной охраняемой территории подтверждается нахождением здесь ранее неизвестного в европейской части России вида Scytinostromella nannfeldtii и 11 редких для Карелии и требующих охраны видов.
Из общего числа выявленных видов 34 считаются индикаторами «девственности» или ненарушенности экосистем: Amylocystis lapponica, Leptoporus mollis, Oligoporos placentus и др.
На территории парка отмечены единственные местонахождения Byssomerulius rubicundus. Cystostereum murraii, Intextomyces contiguus, Peniophora septentrionalis, Polyporus tubaeformis.
Лишайники — неотъемлемый компонент большинства наземных экосистем. Образуя большую биомассу, лишайники играют существенную роль в обмене веществ и энергии в таежных биогеоценозах, обеспечивая наряду с другими компонентами их стабильное функционирование.
Лишайники отличаются чрезвычайно медленным ростом, высокой специфичностью по отношению к субстрату, а потому единственно действенный путь сохранения их разнообразия — охрана естественных мест обитания. Лихенофлора (флора лишайников) парка изучена достаточно хорошо.
Обилие индикаторных и редких видов, многие из которых найдены в парке единственный раз, придает его территории особо высокую природоохранную ценность. Такие редкие виды, как Alectoria sarmentosa (Ach.) Ach. subsp. vexilliferfa, Belonia russula Nyl., Brodoa intestiniformis (Vill.) Goward, Dryoria bicolor (Ehrh.) Brodo&D. Hawksw., Calopaca decipiens (Arnold) Blomb& Forssell, Collema polycarpon Hoffm., Phaeophyscia kairamoi (Vain.) Moberg., heterodermia spesiosa (Wulfen) Trevis., Hypogymnia austerodes (Nyl.) Tholurna dissimilis (Norman) Norman, Omphalina hudsonia (H. S. Jenn.) H. E/ Bigelow, Synalissasymphorea (Ach.) Nyl., за пределами парка не встречаются или имеют единичные местонахождения в Карелии.
На горе Кивакка описан Catillaria kivakkensis (vain.) Zahlbr. (Vainio, 1934). Считавшийся исчезающим вид Usnea longissima Ach. известен в Карелии по двум точкам. Одна из них находится в районе озера Паанаярви, подтверждена в 1996 году (Halonen).
В общей сложности на природной территории парка обитают 26 индикаторных видов, среди них многие редкие калициодные грибы и лишайники: Chaenotheca gracillima (Vain.) tibell, Ch. Subroscida (Eith.) Zahlbr., Chaenothecopsis viridialba (Kremp.) A. F. W. Schmidt, Cybebe gracilenta (Ach.) Tibell, Cyphelium inquinans (Sm.) Trevis.
Обычными в парке являются виды — индикаторы «коренных» лесов Alectoria sarmentosa, Brioria fremontii, Everina mesomorha, Lobaria pulmonaria, Ljbaria scrobiculata, Nephroma bellum.