Флора Національного природного парку «Північне Поділля» нараховує 1206 таксонів видового рангу судинних рослин, що належать до 471 родів та 120 родин. З цього числа 16 (1,4%) видів є ендеміками різного рангу: Carlina onopordifolia, Chamaecytisus albus, Senecio besseranum та ін., близько 240 видів (22,1%) ростуть на межах своїх ареалів, або в локалітетах, відірваних від основного ареалу. Це, зокрема, Carex davalliana, Carex umbrosa, Cladium mariscus, Daphne cneorum, Juncus subnodulosus, Leucojum vernum, Schoenus ferrugineus, Staphyllea pinnata.
На території Парку виявлено 39 видів мохоподібних, що належать до 30 родів, 18 родин, 7 порядків і 2 класів (Marchantiophyta і Bryophyta), а також 53 види водоростей із семи відділів, 12 класів, 23 порядків, 29 родин і 43 родів. Серед зазначених видів переважають зелені та діатомові водорості (71,7% для обох відділів), які є найбільш чисельними у флорі України та містять значну кількість видів-індеферентів (видів з широкою екологічною амплітудою).
Крім того на території Парку виявлено 237 видів нижчих рослин і грибів, а саме: міксоміцети – 2, аскомітовові гриби – 6, базидіомікотові гриби – 80, лишайників – 77 і ліхенофільних грибів – 3.
За літературними даними та даними власних досліджень на території НПП росте 79 видів рослин (підтверджено 52 види рослин та 4 види грибів ), занесених до Червоної книги України (2009 р.). Зростання багатьох видів потребує ще підтвердження.
Два види судинних рослин включені до Червоного списку МСОП: відкасник татарниколистий (Carlina onopordifolia Bess. ex Szaf., Kulcz. et Pawł.); зіновать Блоцького (Chamaecytisus blockianus (Pawł.) Klásk.).
Два види до Європейського Червоного списку: відкасник осотоподібний (Carlina cirsioides Klokov) і ложечниця піренейська (Cochlearia pyrenaica DC.).
Сім видів включені до Резолюції № 4 Бернської конвенції: відкасник татарниколистий (Carlina onopordifolia Bess. ex Szaf., Kulcz. et Pawł.); змієголовник австрійський (Dracocephalum austriacum L.); змієголовник Рюйша (Dracocephalum ruyschiana L.); зозулині черевички справжні (Cypripedium calceolus L.); сон великий (Pulsatilla grandis Wend.), сон відхилений (Pulsatilla patens (L.) Mill.), синяк руський (Echium russicum J.F.Gmelin).