Flora thumb|Mieczyk dachówkowaty na terenie rezerwatu (2020) W rezerwacie występuje ok. 500 gatunków roślin naczyniowych, z czego połowa na podmokłych łąkach przybrzeżnych. W pobliżu znajduje się jedno z największych stanowisk mieczyka dachówkowatego (Gladiolus imbricatus) w Europie oraz jedno z dwóch znanych w Estonii (obok wapiennych klifów w północnej części tego kraju) stanowisko miesiącznicy trwałej (Lunaria rediviva). Rosną tu również starodub łąkowy (Angelica palustris) oraz gatunki chronione – rutewka wąskolistna (Thalictrum lucidum), rzepik szczeciniasty (Agrimonia pilosa), podkolan biały (Platanthera bifolia) oraz kukułka bałtycka (Dactylorhiza baltica), krwista (D. incarnata) i plamista (D. maculata).
Fauna W Luitemaa występuje 185 gatunków ptaków, z czego 65 to ptaki gniazdujące. W okresie migracji zatrzymuje się tu ponad 20 tys. osobników ptactwa wodnego rozmaitych gatunków, w tym m.in. łabędzie czarnodziobe czy bernikle białolice. Tereny podmokłe ze względu na swoją różnorodność biologiczną rokrocznie zamieszkiwane są przez blisko 65 tys. osobników, w tym narażone na wyginięcie perkozy rogate i gęsi małe oraz bliskie zagrożenia dubelty. Na wybrzeżu występują też m.in. łabędź krzykliwy, świstun, kaczka krzyżówka, szlamnik, łęczak, gągoł, bielaczek i bielik.