Thanh Hóa có hệ sinh thái rừng đa dạng như rừng trên núi đá vôi, núi đất và hệ sinh thái biển, cửa sông…
Theo nghiên cứu của Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Thanh Hóa trên địa bàn có khoảng hơn 4000 loài động, thực vật với 599 họ bao gồm 2.713 loài thực vật, 1.290 loài động.
Với hệ sinh thái đa dạng, Thanh Hóa đứng trước nguy cơ suy giảm về đa dạng sinh học. Do nhiều nguyên nhân như cháy rừng, do khác thác rừng quá mức dẫn tới thực vật không thể tự phục hồi, động vật không còn nơi cư trú. Hiện nay, suy giảm đa dạng sinh học chủ yếu là do khai thác trái phép tài nguyên rừng.
Ngoài ra, khai thác quá mức số lượng sinh vật như tình trạng sử dụng kích điện, mìn lướt vét mắt đỏ làm suy kiể hệ thủy sinh vật, suy kiệt nguồn giống và suy thái đa dạng sinh học trong khu vực. Đứng trước thực trạng đó, tỉnh Thanh Hóa đã đề xuất nhiều giải pháp hướng tới bảo tồn khác nhau như bảo tồn gen, bảo tồn loài, bảo tồn hệ sinh thái.
Điển hình như khu bảo tồn thiên nhiên Xuân Liên nằm giáp ranh với tỉnh Nghệ An và biên giới Việt - Lào. Khu bảo tồn có diện tích hơn 27.000ha, là trung tâm đa dạng sinh học cho khu vực Tây Bắc, Bắc Trung Bộ. Khu bảo tồn này có nhiều động, thực vật được ghi trong Sách đỏ Việt Nam năm 2007.
Ban quản lý Khu bảo tồn thiên nhiên Xuân Liên đã thực hiện nhiều giải pháp ngăn ngừa các hành vi vi phạm Luật Đa dạng sinh học như lên danh mục các loài thực vật, động vật, cây dược liệu quý hiếm cần bảo tồn, nghiên cứu phát triển các nguồn gen quý. Tuyên truyền cho người dân vùng đệm về các quy định của pháp luật trong bảo vệ rừng, bảo tồn đa dạng sinh học. Lực lượng kiểm lâm của Khu bảo tồn cũng thường xuyên tuần tra, giám sát rừng qua hệ thống GPS để nắm rõ an ninh rừng.
Nhiều năm trở lại đây, Khu bảo tồn thiên nhiên Xuân Liên phối hợp với các địa phương trên địa bàn phối hợp bảo vệ rừng với các chương trình phát triển kinh tế xã hội khác như dự án trồng cây Quế Ngọc theo chuỗi giá trị, chuyển đổi cơ cấu cây trồng cho người dân tộc thiểu số, các mô hình trồng cây chè vằng đã góp phần quan trọng trong việc nâng cao đời sống người dân và bảo tồn đa dạng sinh học.
Theo kế hoạch số 20/2023 của UBND tỉnh Thanh Hóa về bảo tồn đa dạng sinh học, trong 5 năm tới, Khu bảo tồn thiên nhiên Xuân Liên sẽ xây dựng Vườn sưu tập thực vật các loài bản địa, quý hiếm của Việt Nam và khu cứu hộ động vật rừng bán hoang dã đáp ứng nhu cầu cứu hộ, tái thả động vật rừng hoang dã.
UBND tỉnh Thanh Hóa đang triển khai thực hiện Đề án Du lịch sinh thái, nghỉ dưỡng, giải trí trong rừng đặc dụng Khu bảo tồn thiên nhiên Xuân Liên đến năm 2025, tầm nhìn đến năm 2030 và thu hút kêu gọi đầu tư bảo tồn thiên nhiên tại đây. Phát triển du lịch bền vững cũng là cách giúp người dân sống quanh vùng đệm khu bảo tồn phát triển kinh tế và họ không còn tình trạng vào rừng khai thác trái phép, mua bán các loại động, thực vật quý hiếm, giảm áp lực lên công tác bảo vệ rừng.
Ngoài ra, Thanh Hóa cũng ban hành chương trình hành động bảo tồn các loài động vật hoang dã nguy cấp, quý, hiếm được ưu tiên bảo vệ từ nay tới năm 2030. Các Vườn, Khu bảo tồn thiên nhiên trong tỉnh tổ chức bảo tồn tại chỗ, gây nuôi bảo tồn và tái thả vào tự nhiên một số loài nguy cấp, quý, hiếm được ưu tiên bảo vệ. Xây dựng các tuyến điều tra, giám sát và tổ chức thực hiện chương trình giám sát hàng năm, để theo dõi diễn biến quần thể cũng như số lượng cá thể của các loài động vật nguy cấp, quý, hiếm được ưu tiên bảo vệ. Xử lý nghiêm các hành động mua bán động vật hoang dã. Tuyên truyền cho người dân về các quy định của pháp luật trong Luật Đa dạng sinh học, ngăn ngừa tội phạm đa dạng sinh học.
Theo kế hoạch, tới năm 2030, Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh kết hợp với các sở ban ngành, UBND các huyện, thị xã, thành phố tổ chức triển khai chương trình truyền thông, nâng cao nhận thức về bảo tồn thiên nhiên và đa dạng sinh học. Đồng thời, Công an tỉnh Thanh Hóa phối hợp với đơn vị liên quan tăng cường phòng chống tội phạm về đa dạng sinh học trên địa bàn tỉnh Thanh Hóa giai đoạn 2023-2030 thực hiện theo Quyết định số 1623/QĐ-TTg ngày 27/12/2022 của Thủ tướng Chính phủ.