Στη Λέσβο υπάρχει μία μεγάλη ποικιλία χλωρίδας, που καθορίζεται από την ποικιλία των βιοτόπων του νησιού, τις ιδιαίτερες εδαφοκλιματικές συνθήκες, την ιδιαιτερότητα των πετρωμάτων του, τη μακροχρόνια επίδραση του ανθρώπου, την γειτνίασή του με τη Μικρά Ασία, αλλά και τον από γεωλογική άποψη, πρόσφατο αποχωρισμό του Ανατολικού Αιγαίου από αυτή.
Η αρχαία λυρική ποιήτρια Σαπφώ (6ος π.Χ. αιώνας) αναφέρει σε ποιήματά της τα φυτά της Λεσβιακής γης, ο φιλόσοφος Θεόφραστος (3ος π.Χ. αιώνας) καταγράφει συστηματικά μεγάλο αριθμό φυτών και ορίζεται ως ο ιδρυτής της Βοτανικής. Υπολογίζεται ότι η χλωρίδα της Λέσβου περιλαμβάνει περισσότερες από 1500 φυτικές ταξινομικές μονάδες (taxa).
Τα λεσβιακά δάση ελαιώνων, πεύκων και δρυών προσφέρουν καταφύγιο σε άγρια ζώα, και πουλιά, χάρη στην μεγάλη ποικιλία φυτών που απαντούν στον υποόροφο τους, όπως από ανεμώνες, ως ορχιδέες και θάμνους.
Ανατολική Λέσβος
Το νοτιοανατολικό τμήμα της Λέσβου, με την τυπική μεσογειακή μακία βλάστηση, κυριαρχείται από τους απέραντους ελαιώνες. Είναι το πλέον εκτεταμένο σύστημα στο νησί και εμφανίζει σαφείς διαφορές ως προς το υψόμετρο, την ηλικία των δέντρων, την πυκνότητά τους και την υποκείμενη βλάστηση. Η πλούσια φυτική ποικιλότητα των ελαιώνων χαρακτηρίζεται κυρίως από θεροφυτικά είδη όπως Anthemis chia, Medicago orbicularis, Lathyrus sp.κ.α.
Στο ανατολικό τμήμα του νησιού υπάρχουν επίσης εκτεταμένα δάση τραχείας πεύκης (Pinus brutia), τα οποία είναι και τα κυρίαρχα. Ένα δεύτερο είδος πεύκης, η μαύρη πεύκη (Pinus nigra) σχηματίζει δύο περιορισμένης έκτασης δάση, σε μίξη με τη τραχεία πεύκη. Το ένα δάσος βρίσκεται στην κορυφή Ψηλοκούδουνο μεταξύ Αγιάσου και Πλωμαρίου και το δεύτερο στην κορυφή του όρους Προφήτης Ηλίας κοντά στο χωριό Πτερούντα. Στα δάση αυτά φωλιάζουν αρπακτικά πτηνά ενώ ο υποόροφος τους χαρακτηρίζεται από τα ενδημικά είδη Άλλυσο το Λεσβιακό (Alyssum lesbiacym), Alyssum xiphocarpum, και η καμπανούλα Fritillaria theophrasti στην περιοχή του Ολύμπου και της Αμαλής ενώ συναντώνται και θαμνώδη είδη όπως Juniperus oxycedrus και Quercus coccifera κ.α.
Στην περιοχή νότια του οικισμού της Αγιάσου παρατηρείται το καστανόδασος (Castanea sativa) του Ολύμπου, το οποίο αποτελεί καλλιεργούμενη έκταση στη μέση ορεινή ζώνη ανάμεσα σε άλλα φυλλοβόλα δέντρα, μια μεγάλη έκταση που δημιουργεί ένα μόνιμα υγρό μικροκλίμα, το οποίο δημιουργεί τις κατάλληλες συνθήκες για την μεγάλη φυτική ποικιλότητα από άγριες ορχιδέες, κυκλάμινα, παπαρούνες, κρόκους καθώς και παιώνιες που συνθέτουν μια μοναδική πανδαισία χρωμάτων την άνοιξη.
Κεντρική Λέσβος
Στην Κεντρική Λέσβο γύρω από τον Κόλπο της Καλλονής το κλίμα είναι ελαφρώς πιο ξηρό, και γι’ αυτό η βλάστηση χαρακτηρίζεται από λιβαδικές εκτάσεις με αγρωστώδη (σιτηρά) και ετήσια είδη και λαχανικών, πλην βέβαια από τις αλμυρήθρες και τους καλαμιώνες στις υγροτοπικές και παράκτιες περιοχές του κόλπου, οι οποίοι αποτελούν καταφύγιο και τροφή για τα παρυδάτια πουλιά, προσελκύοντας πολυάριθμους ορνιθοπαρατηρητές κάθε χρόνο.
Στην ανατολική πλευρά του Κόλπου Καλλονής αναπτύσσεται σε μικρή έκταση ένα ώριμο πευκοδάσος Τραχείας Πεύκης, με αραιές εκτάσεις ελαιόδεντρων, ενώ χαρακτηριστικό είναι το κόκκινο λιβάδι που δημιουργείται την άνοιξη από τις παπαρούνες στην περιοχή των Μέσων.
Σημαντικά είδη της περιοχής είναι η ίριδα η ανατολική (Iris orientalis), τα βούρλα (Juncus sp.), ο Φραγμίτης (Phragmites australis) και πολλές προστατευόμενες ορχιδέες.
Δυτική Λέσβος
Στην δυτική Χερσόνησο πέρα από την ιστορική βλάστηση του παρελθόντος με τις Σεκόιες, τους φοίνικες, τις βαλανιδιές, τις κανέλες, τις λεύκες , τις δάφνες και τις πρωτοπευκίδες κ.α. σήμερα τα ηφαιστειογενή πετρώματα υποστηρίζουν χαμηλή αλλά και αραιή βλάστηση, κάνοντας το τοπίο να μοιάζει γυμνό, μιας και οι κλιματικές συνθήκες είναι ξηρές προσεγγίζοντας αυτές των κυκλαδίτικων νησιών, με τις αμμώδεις παραλίες να φέρουν τα λιγοστά άτομα των κρίνων της Θάλασσας (Pancratium maritimum).
Κυρίαρχα είναι τα τυπικά μεσογειακά φρύγανα με τους σφαιρικούς και ακανθωτούς θάμνους ανάμεσα στα βράχια όπως την αστοίβη (Sarcopoterium spinosum), την γαλαστοίβη (Centaurea spinosa), τον ασπάλαθο, και τις πανέμορφες ορχιδέες δίπλα στα μονοπάτια του Απολιθωμένου δάσους. Μεγάλη έκταση καταλαμβάνει και το δάσος της βελανιδιάς (Quercus ithaburensis subsp. macrolepis), με έναν εκθαμβωτικό υποόροφο από Sedum rubrum, την μπλε κενταύρια, τις ροζ μαργαρίτες κ.α.
Σημαντικό είναι το κίτρινο ροδόδενδρο (Rhododendron luteum), ο πανέμορφος σπάνιος θάμνος με τα κίτρινα άνθη που απαντούν στο δάσος των Παρακοίλων ως την Ανεμώτια, αποτελώντας το δυτικότερο όριο εξάπλωσης της Ευρώπης, και μοναδικό κόσμημα για την χλωρίδα της Λέσβου.
Άλλα είδη που συναντώνται στη λεσβιακή ύπαιθρο είναι η αγριλιά (Olea oleaster), η μυρτιά (Myrtus communis), η πικροδάφνη (Nerium oleander), η κουμαριά (Arbutus unedo), το πουρνάρι ή πρίνος (Quercus coccifera), η λαδανιά ή αξίστης (Cistus creticus), το ρείκι δενδρώδες (Erica arborea), η δάφνη του Απόλλωνα ή βάγια (Laurus nobilis), το σπάρτο (Spartium junceum), η δρυς χνοώδης ή ρουπάκι (Quercus pubesteus), τα λαθούρια (Lathyrus sp.) κ.ά.
Αρωματικά βότανα κάθε λογής όπως ρίγανη, θρούμπι, θυμάρι, φασκόμηλο, τσάι του βουνού, μπιτόνικας ή σιδερίτης, λεβάντα, μέντα, δυόσμος, τίλιο, μαντζουράνα, λεμονόχορτο κ.λπ. βρίσκονται σε αφθονία στο νησί.