Der Naturpark Tiroler Lech ist Lebensraum für zahlreiche seltene und geschützte Tier- und Pflanzenarten, die an die besondere Dynamik des Wildflusses angepasst sind. Zu den charakteristischen Arten zählen unter anderem die Deutsche Tamariske, der Zwergrohrkolben, der Gelbe Frauenschuh, die Bileks Azurjungfer, der Flussuferläufer und der Flussregenpfeifer.
Besonders bemerkenswert ist die Deutsche Tamariske: Große natürliche Bestände dieser selten gewordenen Pflanze gibt es in den Nordalpen nur noch an wenigen Flüssen, darunter am Tiroler Lech. Sie ist auf regelmäßig überschwemmte und neu umgelagerte Schotterflächen angewiesen.
Auch der Gelbe Frauenschuh, eine geschützte Orchideenart, findet im Naturpark ideale Bedingungen. In der Martinauer Au befindet sich eines der bedeutendsten Vorkommen. Zu den seltenen Tieren gehören außerdem die Bileks Azurjungfer, eine der seltensten Kleinlibellen Mitteleuropas, sowie die auf Kiesbänke spezialisierten Flussuferläufer und Flussregenpfeifer.
Gerade weil viele dieser Arten auf ungestörte Kiesbänke und Auwälder angewiesen sind, ist ein rücksichtsvoller Umgang mit der Natur besonders wichtig. Während der Brut- und Aufzuchtzeit vom 1. April bis 31. Juli sollen markierte Kiesbänke nicht betreten und Hunde angeleint werden.