Theo Trung tâm Khí tượng - Thủy văn biển, thông qua bốn đợt khảo sát bằng tàu biển, sử dụng các thiết bị đặc chủng, hiện đại, các nhà khoa học đã xác định được 4.499 loài sinh vật sống ở Vịnh Bắc Bộ.
Trong số này thực vật ngập mặn có 60 loài, rong biển 330 loài, cỏ biển 6 loài, thực vật phù du 318 loài, động vật phù du 236 loài, động vật đáy 2.092 loài, san hô 199 loài, cá biển 1.198 loài, chim biển 22 loài, thú biển và bò sát 38 loài... Phần lớn số loài tập trung ở khu vực từ 20 m nước trở vào. Từ 30 m nước trở ra số loài ít hơn vì các nhóm rong biển, san hô, thực vật ngập mặn và rất nhiều loài động vật đáy không tìm thấy ở vùng khơi Vịnh Bắc Bộ.
