按中国植物区系分区，保护区属泛北极植物区，中国—日本森林植物亚区东北地区，长白植物亚区小兴安岭南部区。植物区系组成比较丰富，种属分布广泛。据多年的调查研究统计，有枝叶状地衣12科90种，苔类植物11科17种，藓类植物28科95种，蕨类植物12科36种，裸子植物l科9种，被子植物70科445种。在602种高等植物中有维管植物490种，种子植物454种。

凉水国家级自然保护区的植物区系组成

本区的植物区系组成尽管不如热带、亚热带那样丰富，但仍具有古老、原始的成分。区内除广布第三纪孑遗种红松外，尚有黄波罗、水曲柳、核桃楸等阔叶树和古热带起源的刺五加、刺老芽、山槐等，另外还有大冰期残遗植物钻天柳及毛莨科、透骨草科等古老的孑遗科、属的发育，保护区植物种类虽然不多，但区系成分比较复杂。在植物区系组成上深受东西伯利亚植物区系、华北植物区系和蒙古植物区系的影响，起源上具有多样性、分布上相互渗透，组成上南北种类混合。区内除分布有长白植物区系的绝大部分种类以外，还有东西伯利亚分布的兴安落叶松、铃兰等；有南鄂霍次克分布的红皮云杉、鱼鳞云杉和臭冷杉等；有南方起源的山葡萄、五味子、刺南蛇藤、狗枣猕猴桃和团扇蕨等；有蒙古成分的蒙古栎、万年蒿；有欧洲分布的电灯花、鹿蹄草等；以及阿尔泰成分的菟葵和世界广布种芦苇等。