La rivière Gartempe abrite une exceptionnelle biodiversité, ses berges boisées ont notamment permis le retour du Castor d'Europe et de la Loutre. Certains les versants dont les principaux intérêts biologiques sont les landes sèches, en particulier à Folles, Bessines-sur-Gartempe, Châteauponsac et Droux, les prairies humides à Molinie et les forêts de feuillus essentielles aux chauves-souris forestières (hêtraies à houx et forêt de pente).
La rivière Ardour représente quant à elle le premier site de reproduction naturelle du Saumon atlantique (2002) depuis sa disparition du bassin de la Gartempe vers 1930. Son principal affluent, le Rivalier, présente les caractéristiques d'un cours d'eau de très bonne qualité; il abrite notamment la Lamproie de planer et le Chabot.
La Gartempe abrite de nombreuses espèces d'intérêt européen à protéger (Directive Habitat-Faune-Flore) :
- 5 espèces de chauve-souris : Barbastelle (1308) ; Petit rhinolophe (1303) ; Grand rhinolophe (1304) ; Murin de Bechstein (1323) ; Grand murin (1324).
- 2 espèces de mammifères : Loutre d’Europe (1355) ; Castor d’Eurasie (1337)
- 4 espèces de poisson : Saumon atlantique (1106), Lamproie de Planer (1096), Lamproie marine (1095), Chabot fluviatile (5315)
- 3 espèces de mollusque : Moule perlière (1029) ; Mulette épaisse (1032) ; Vertigo moulinsiana (1016)
- 2 espèces de libellule : l’Agrion de Mercure (1044) ; la Cordulie à corps fin (1041)
- 2 espèces de papillon de jour : Cuivré des Marais (1060) ; Damier de la Succise (1065)
- 3 espèces de coléoptère : Lucane cerf-volant (1083) ; Pique-prune (1084) ; Grand capricorne (1088)
- 1 espèce de crustacé : Écrevisse à pieds blancs (1092)
- 1 espèce d’amphibien : Sonneur à ventre jaune (1193)
- 2 espèces végétale : Hypne brillante (1393), Fluteau nageant (1831)
Les gorges de la Couze à Balledent abritent aussi constituent avec le secteur précédent un ensemble biologique cohérent, présentant des caractéristiques écologiques similaires.
Les petits affluents des sources de la Gartempe, en Creuse, jouent un rôle majeur dans la préservation de la qualité de l'eau et quantité d'eau disponible.
La vallée de la Glayeule a été retenue pour sa richesse en zones humides et en espèces remarquables, comme le Castor et la Loutre d'Europe, ainsi que le Cuivré des marais, ou encore l'Agrion de Mercure.
La vallée de la Brame, de Magnac-Laval à sa confluence avec la Gartempe au Saut de la Brame, abrite plusieurs colonies de reproduction de Petit rhinolophe; leurs territoires de chasse autour des gîtes ont été retenus dans le périmètre Natura 2000. C'est un territoire remarquable au titre de ses prairies de fauche, riches en orchidées telles que la Sérapias langue, Serapias lingua, ou l'Orchis à fleurs lâches, Anacamptis laxiflora.
