Las Hoces del Río Duratón se encuentran geográficamente dentro del ámbito de la España mediterránea de interior, que conlleva un clima caracterizado por inviernos fríos y una prolongada sequía estival. Estas condiciones generales se encuentran muy matizadas localmente, especialmente por factores topográficos, que confieren a la zona del cañón un microclima diferente, más húmedo, menos expuesto a los vientos y con menos insolación que en las zonas más altas del Parque.

Estos factores, unidos a otros como la altitud y las diferencias en la composición, profundidad y humedad del suelo dan como resultado la existencia en el Parque de una gran diversidad de ambientes o biotopos, que determinan la existencia de una flora variada. Así, dentro del Parque se distinguen cuatro zonas bien diferenciadas: la paramera, los pinares sobre arenales, los cortados y el bosque de ribera.

La paramera ocupa la mayor parte de la zona alta del Parque. Se trata de un territorio de suelo calizo, seco y pobre, en el que la vegetación natural la constituyen los bosques más o menos abiertos de sabina albar (Juniperus thurifera) y los enebros común (Juniperus communis) y de la miera (Juniperus oxycedrus). Sin embargo, en mucha superficie lo que se observan son áreas despejadas, en la que dominan tomillos, aulagas (Genista scorpius) y otras plantas, principalmente aromáticas, como el espliego y la salvia.

Los arenales, localizados en el suroeste del Parque Natural, también en la zona superior, están cubiertos por pinares, en su mayoría se trata de masas de pino resinero (Pinus pinaster). Estos montes tuvieron hasta hace unas décadas gran importancia económica por su aprovechamiento para la obtención de resina. Además, y ese fue probablemente el origen de estas masas, cumplen una importante función fijadora de las arenas eólicas que cubren esta zona del Parque.

Los cortados y barrancos que descienden abruptamente desde la paramera caliza hasta el fondo del cañón albergan una interesante variedad de especies vegetales, adaptadas a vivir en unas difíciles condiciones de escasez de suelo y agua, aprovechando grietas y resaltes. Las más características son los zapatitos de la Virgen, ombligo de Venus, pampajarito y el conocido como té de roca, junto con otras como espuelilla, perejil, campanuela, pumilo y milamores.

En repisas con algo más de suelo se pueden ver plantas de mayor talla como espino negro, guillomo, cornicabra, mostajo, higuera y también la hiedra tapizando la pared rocosa.

El bosque de ribera o de galería ocupa el fondo del cañón salvo en el tercio final de las Hoces, cubierto por el embalse. En esta masa vegetal, las diferentes especies se disponen en bandas más o menos cerca del río según su necesidad de humedad en el suelo.

La primera franja la forman especies en contacto con el agua como juncos, eneas, carrizos y espadañas, sólo en aquellas orillas donde los árboles permiten el paso de luz suficiente. A continuación se sitúan los sauces (Salix sp.), tanto arbóreos como arbustivos, y los alisos (Alnus glutinosa). Tras ellos están los chopos o álamos con ejemplares naturales de Populus alba y Populus nigra y otros plantados para la obtención de madera. Entre ellos o en niveles superiores hay también ejemplares de olmos (Ulmus minor) y fresnos (Fraxinus angustifolia).

Otras especies arbóreas que podemos encontrar salpicadas por el fondo del cañón son arces, blanco y de Montpelier, y frutales asilvestrados como nogales, almendros, ciruelos, cerezos y avellanos. También son abundantes en el fondo del cañón especies arbustivas como zarzamoras, rosales silvestres, saúcos, cornejos, boneteros, endrinos y majuelos.