La diversité végétale du cap Tourmente se compose de près de 22 types de peuplements forestiers et de plus de 700 espèces de plantes. Le cap Tourmente se caractérise par de vastes forêts matures, très recherchées par nombre d’oiseaux. Les principaux types forestiers rencontrés sont les érablières, la sapinière à bouleau blanc, les bétulaies et les hêtraies. Les tièdes et chaudes saisons font succéder des tableaux variés de végétation : le sous-bois est magnifiquement en fleurs au printemps (mi-mai), les nombreux arbres fruitiers répandent leurs effluves dans les premiers balbutiements de l’été (juin), le marécage côtier embaume des plantes en fleurs l’été bien installé (août), et la forêt de feuillus se pare de magnifiques couleurs chaudes et lumineuses alors que s’installe l’automne (octobre). L’hiver, quant à lui, révèle toute la magnificence des conifères, alors qu’ils croulent bien souvent sous l’épaisse neige et prennent place dans des paysages givrés mémorables (par exemple, empruntez le sentier La Prucheraie)... De quoi ravir le visiteur à chacune de ses visites !

La succession rapide de plusieurs milieux, depuis le Saint-Laurent et les Basses-Terres jusqu'aux hautes terres conifériennes, crée un tout très diversifié, d'une richesse inégalée dans cette région du Québec. La variété des peuplements forestiers situe le territoire du cap Tourmente dans un écosystème très étroit entre la région forestière boréale et celle des Grands Lacs et du Saint-Laurent. Ainsi, le site constitue la limite nord de distribution d'un bon nombre d'espèces végétales et de plusieurs plantes rares du Québec et du Canada.

Sur la rive nord du Saint-Laurent, dans la région du Cap-Tourmente, on retrouve deux grands domaines climaciques de végétation : l'érablière à bouleau jaune et la sapinière qui appartiennent respectivement à la ceinture de la forêt décidue et à celle de la forêt boréale. Les essences arborescentes des Basses-Terres sont surtout l'Érable à sucre, le Hêtre à grandes feuilles, le Bouleau à papier, la Pruche de l'Est, le Thuya occidental, le Peuplier baumier, le Frêne de Pennsylvanie et le Frêne d'Amérique, le Peuplier faux-tremble, le Peuplier à grandes dents, l'Orme d'Amérique et le Chêne rouge. Vers le sommet du cap Tourmente apparaissent l'Épinette noire, la Sapin Baumier, l'Épinette rouge et le Pin gris.

L'érablière laurentienne occupe la plaine piedmontaise et l'érablière à hêtre constitue le groupement dominant du complexe forestier. On le trouve aux altitudes inférieures du cap Tourmente ne dépassant pas 515 mètres. Vers le sommet s'installent la bétulaie jaune, la pessière noire et la pinède grise.

Le marais intertidal est colonisé principalement par le Scirpe d'Amérique, la Zizanie aquatique et la Sagittaire latifoliée. Les rhizomes du scirpe constituent un élément très important du régime alimentaire de la Grande Oie des neiges.

Le marais côtier se présente dans son ensemble comme une immense mosaïque de groupes végétaux dominés par les solidages, la Prêle littorale, le Lytrum salicaire, l'Impatiente du Cap et la Vesce jargeau. Toutefois, en bordure du marais intertidal, une bande homogène épouse étroitement les contours de la limite supérieure du marais où dominent les Carex paléacé et dressé. Des peuplements très denses de Myrique baumier, communément appelé "Bois-sent-bon", occupent aussi plusieurs secteurs du marécage.

Dans la plaine côtière qui surplombe les marais côtier et intertidal, les champs sont ensemencés de céréales. Les lisières sont peuplées d'arbustes comme les saules, l'Aulne rugueux et les cerisiers. Dans cette plaine ont été créés des étangs où les quenouilles abondent.