Auf dem Höltigbaum hat sich aufgrund der besondern geschichtlichen Bedingungen ein abwechslungsreiches Mosaik verschiedenster Lebensräume ausgebildet. Unterschiedlich alte Sukzessionsstadien aus offenen Böden, Gras- oder Saumfluren und einigen Gehölzen mit vielen seltenen und gefährdeten Tier- und Pflanzenarten sind das Ergebnis.

Besonderes Charakteristikum ist der fließende Übergang zwischen Wald und Offenland. Diese Übergangsbereiche zeichnen sich aufgrund ihrer vielfältigen Lebensbedingungen durch einen hohen Artenreichtum aus. In den heutigen stark bewirtschafteten Kulturlandschaften sind gerade solche Gebiete, als sogenannte"Ökokonten" ausgewiesen, selten geworden und daher schützenswert.
Die Brisanz des Erhalts dieser Flora und Fauna wird deutlich, wenn man die Zusammensetzung der Pflanzen- und Tierwelt betrachtet.

Allein von den dort lebenden Libellen, Lauf-, Wasser- und Rüsselkäfern sind neun Libellen- und 37 Käferarten in den Roten Listen der vom Aussterben bedrohten Tierarten verzeichnet.

Pflanzenwelt

Bei der Betrachtung der Pflanzenwelt, zeigen sich einige ganz besondere Merkmale.

Regelmäßig befuhren schwere Militärfahrzeuge die Flächen und zerstörten  wiederholt die Vegetationsdecke; ideale Bedingungen für sogenannte Pionierpflanzen. Diese besiedeln aufgrund ihrer spezifischen Eigenschaften als erste Pflanzen vegetationslose Gebiete. Sie ertragen extreme Umweltbedingungen, nährstoffarme Umgebungen und tragen zur (Erst-) Bodenbildung bei. Jedoch sind diese Pflanzen (z.B. Birken und Ginster) sehr konkurrenzschwach und werden in der Regel bald von höher entwickelten, anspruchsvolleren Pflanzen verdrängt.

Zu den Pionierpflanzen gehören beispielsweise die Frühe Nelkenschmiele und der in Hamburg und Schleswig-Holstein stark gefährdete Sumpfquendel, der mittlerweile fast alle Gewässerufer im Naturschutzgebiet Höltigbaum besiedelt.

In den feuchten Niederungen fühlen sich Binsen, Röhricht und Hochstauden wohl; außerdem gibt es Feuchtwiesen, z.B. Sumpfdotterblumenwiesen. Selbst Orchideen sind in Form des Breitblättrigen Knabenkrauts zu finden. Seggen, Farne, Moose und große Gewächse wie Birken, Schwarzerlen und Traubenkirschen wachsen in den Bruchwälder der Niederungen des Stellenmoorer Quellflusses und der Wandse. „Bruch“ bezeichnet ein sumpfiges Gebiet.

An den Ufern von Gewässern oder Geländesenken mit hohem Grundwasserspiegel befindet sich ein nasser, zeitweilig überfluteter, sumpfiger Wald, der hauptsächlich aus Erlen und Birken besteht, der sogenannte Bruchwald.

Die Drumlinfelder bieten trockene, gut durchlüftete Böden, auf denen sich die seltenen Magerrasenflächen ausbreiten. Hundsrosen, Johanniskraut, Greiskraut, Beeren- und Schlehenarten sowie das seltene Tausendgüldenkraut wachsen hier.

Auffällig sind die vielstämmigen Eichen auf den Wilden Weiden des Höltigbaum.

Solche Wälder werden Krattwälder genannt. Sie entstehen durch eine alte Form der Waldbewirtschaftung. Junge Eiche werden dabei alle zehn bis zwanzig Jahre gekappt und wachsen aus neuen Trieben nach. Ein Vorteil dieser alten Bewirtschaftung besteht in dem Erhalt von selten vorkommenden Wildapfel- und Wildbirnenbäumen, die nur durch das gehemmte Wachstum der Eichen nicht verdrängt werden.

Auch die Beweidung hat ihren Einfluss auf die Vegetation. In von den Tieren bevorzugt aufgesuchten Bereichen, wie frischen, nährstoffreichen Standorten, entwickelt sich eine niedrigwüchsige Vegetationsdecke. Bereiche, die weitgehend gemieden werden oder nur bei 
Nahrungsknappheit aufgesucht werden, bleiben dagegen hochwüchsig und Gehölze können einwandern und sich ausbreiten.


Tierwelt

Über die weiten Grasflure freuen sich viele verschiedene Vogelarten wie Feldlerche, Goldammer und Steinschmätzer.

Spektakulärster Fall ist wohl der im Naturschutzgebiet ansässige Neuntöter. Aufgrund der vielen Verstecke und des guten Nahrungsvorkommen gehört der Höltigbaum mit seiner von Schlehen-, Weißdorn- und Wildroseninseln durchzogenen steppenartigen Landschaft zu seinen bevorzugten Brutgebieten. Er sitzt liebend gern aufrecht auf den Büschen. Mit seinen 17 Zentimeter Körpergröße ist er so gut zu sehen und von Mai bis November bei uns im Norden anzutreffen. Der Rotrückenwürger gehört zu den gefährdeten Arten und steht auf der Roten Liste. Sein Name stammt von dem makaber anmutenden Irrglauben, er müsse erst neun Tiere töten bevor er eines davon frisst. Dies stimmt nicht ganz, jedoch klemmt der Neuntöter größere Insekten, Eidechsen, Jungvögel und sogar Mäuse zwischen  Astgabeln fest oder spießt sie auf Dornen auf. So bestückt er seine Vorratskammer und hat einen Nahrungsvorrat für schlechte Zeiten.

Aber auch Kiebitze, Bekassine und Wachtelkönige freuen sich über frische Nahrung auf den feuchten Wiesen und selbst der geschützte Weißstorch hat sich hier schon mal umgeschaut.

Käfer
Eine große Rarität in Schleswig-Holstein und Hamburg ist der Wasserkäfer (Hygrobia tarda). Aktuell existiert auf dem Höltigbaum die größte bekannte Population mit erfolgreicher Reproduktion in Schleswig-Holstein.

Es leben 68 Arten von Schwimm- und Wasserkäfern in den verschiedenen Gewässern des Naturschutzgebiets Höltigbaum und Stellenmoorer Tunneltal. Sowohl die offenen lehmig-schlammigen Ufer, als auch die stark zugewachsenen Binsenröhrichtzonen sind von spezifischen, oft gefährdeten Arten besiedelt. In mehreren Tümpeln sind außergewöhnlich seltene Arten mit hohen Ansprüchen an die Wasserqualität zu finden.

Auf den Roten Listen der am meisten gefährdeten Arten stehen beispielsweise der Narbenläufer Bethisa multipunctata oder die in den Übergängen zu bewachsenen, halbschattigen Uferabschnitten lebenden Laufkäfer Agonum versutum und Anthracus consputus.

Amphibien
Durch die schweren Militärfahrzeuge wurde der offene Boden stark verdichtet und in den neu entstandenen Senken sammelte sich Wasser – ein idealer Lebensraum für den gefährdeten Kammmolch.

Andere Gesellen wie Erdkröte, Gras- und Moorfrosch sowie verschiedene Molche haben es sich auf dem Höltigbaum ebenfalls gemütlich gemacht.

Die Bestände aller fünf ansässigen Amphibienarten - Kammmolch (Triturus cristatus), Teichmolch (Triturus vulgaris), Erdkröte (Bufo bufo), Grasfrosch (Rana temporaria) und Moorfrosch (Rana arvalis) - haben sich seit Beginn der Beweidung vergrößert.

Bodennister
Trockene Offenbodenbereiche, in denen besonders Pionierarten Lebensräume gefunden haben, besitzen eine außerordentliche Bedeutung für bodennistende Insekten wie Wildbienen und Wespen, unter denen auch einige gefährdete Arten sind.

Der Erhalt, oder gegebenenfalls die Schaffung von offenen Bodenstellen als Nisthabitate, ist für das Vorkommen von Arten wie Grabwespen, Pelzbienen, Wespenbienen oder Furchenbienen auf dem Höltigbaum entscheidend.

Libellen
Über 30 Libellenarten wurden in dem Gebiet gezählt, zum Beispiel die Herbst-Mosaik-Jungfer, die Große Königslibelle und die Kleine Pechlibelle.

Die Libellenfauna auf dem Höltigbaum unterliegt aufgrund der temporären Wasserführung zahlreicher Gewässer von Jahr zu Jahr erheblichen Schwankungen. Gerade die flachen und  sich schnell erwärmenden Gewässer werden von gefährdeten Habitatspezialisten besiedelt. Einige Arten profitieren sogar von der Austrocknung, da sie entwicklungsbiologisch daran angepasst sind.

Spinnen
Viele Spinnenarten finden gerade in den offenen Feuchtlebensräumen, wie zum Beispiel den Flussuferungen ein Zuhause. Einige gehören ebenfalls zu den in Schleswig-Holstein und Hamburg gefährdeten Arten, wie zum Beispiel die Wolfsspinnen Pardosa paludicola und Arctosa leopardus.