Die potentiell natürliche Vegetation der Glücksburger Heide liegt im Übergangsbereich zwischen Eichen-Hainbuchenwäldern und bodensauren Eichenmischwäldern, zu denen azonale Auen- und Niederungswälder in Form von Erlen-Eschen‑ bzw. Erlenbruchwäldern treten.
Die Glücksburger Heide wird in ihrem Zentrum, aber auch in nördlich und südlich gelegenen Bereichen großflächig durch Offenlandbiotope, wie Zwergstrauchheiden und Sandtrocken­rasen geprägt. Das Gebiet wurde in der Zeit von 1936 bis 1990 als militärisches Übungsgelände genutzt. Anfänglich wurden Bombenabwurfübungen durchgeführt. Später wurden Panzerfahrstrassen, ein Schieß‑ sowie ein Hubschrauberlandeplatz betrieben. Die Einwirkungen durch die Nutzung waren intensiv und führten zur Entstehung von Offenlandlebensräumen auf dem ehemals von Wäldern geprägten Gelände. Trockene europäische Heiden mit Besenheide (Calluna vulgaris) als dominanter Art und Haar-Ginster (Genista pilosa) als charakteristischem Begleiter sind weit verbreitet. Aspekte mit Heidel- und vereinzelt auch Preiselbeere (Vaccinium myrtillus und vitis-idaea) bereichern die Strukturvielfalt. Der Besenginster (Cytisus scoparius) durchsetzt punktuell die Zwergstrauchheiden, bildet aber auch ausgeprägte Flächenbestände.
In Bereichen mit besonders intensiven mechanischen Beeinflussungen sowohl durch den ehemaligen militärischen Übungsbetrieb als auch durch anschließende Dekonta­minationsmaßnahmen bildeten sich vegetationslose und ‑arme Sandflächen, Silbergrasfluren, Fluren des Roten Straußgrases (Agrostis capillaris) oder mit anderen Pionierpflanzen besiedelte Flächen, unterstützt durch die Nährstoffarmut und das geringe Wasserhaltevermögen der Mineralböden. Gerade diese offenen Trockenstandorte mit ihren charakteristischen Pflanzengesellschaften bieten einer großen Anzahl von bestandsbedrohten und besonders geschützten Tieren geeigneten Lebensraum.
Seit dem Wegfall der militärischen Nutzung findet auf einem großen Teil der einstmals offenen Flächen ungebremst natürliche Sukzession statt. In der Folge etablierten sich birkendominierte Vorwaldstadien, die inzwischen einen großen Teil der ehemals offenen Übungsflächen bedecken. Daneben existieren großflächige Gebüschkomplexe, die den Heidecharakter bereits weitgehend verloren haben, aber noch nicht zu den Wäldern zählen. Weit verbreitet sind Bestände des Salweidengebüsches, weiterhin des Ohrweiden-, Besenginster- und Brombeergebüsches.
Der Randbereich des NSG wird von Kiefernforsten, insbesondere Schlängelschmielen-, daneben Adlerfarn- und Blaubeer-Kiefernforste, geprägt. Der Blaubeer-Kiefernforst verkörpert den nährstoffärmsten Typ. Durch die zunehmende Eutrophierung breitet sich die Schlängelschmiele (Avenella flexuosa) jedoch auf Kosten der Blaubeere weiter aus. Adlerfarn-Kiefernforste sind auf nährstoffreicheren und meist schwach grundwasserbeeinflussten Böden vorhanden. Als Mischholzart tritt die Birke (Betula) nahezu überall, verbreitet auch die Stieleiche (Quercus robur), auf. Auf den „Marcolinischen Wiesen“ sind kleinflächig Erlenbruchwälder anzutreffen.
Die prägendsten Feuchtbiotope des NSG befinden sich auf den im Westteil des Gebietes gelegenen „Marcolinischen Wiesen“. Dieses ehemals landwirtschaftlich genutzte Grünland, dessen regelmäßige Nutzung inzwischen mehr als zwei Jahrzehnte zurückliegt, wird heute zum großen Teil von Landreitgras-Flächen bestimmt. Der Feuchtwiesen- und Niedermoorcharakter ist durch die komplexe Melioration der westlich davon liegenden Landwirtschaftsflächen weitgehend verloren gegangen und nur noch in Kleinstrukturen in Relikten vorhanden. Aus den ehemaligen Feuchtwiesen verdrängte Elemente haben sich auch an einigen Tümpeln im Westteil der Marcolinischen Wiesen halten können.
Gemäß Anhang I der FFH-Richtlinie handelt es sich bei den großflächig vorhandenen Trockenen europäischen Heiden (LRT 4030) um natürliche Lebensräume von gemeinschaftlichem Interesse. Als gesetzlich geschützte Biotope im Sinne von § 30 BNatSchG in Verbindung mit § 22 NatSchG LSA sind insbesondere Zwergstrauchheiden, Trockenrasen, seggen- und binsenreiche Nasswiesen, Bruch- und Auenwälder sowie naturnahe Bereiche stehender Binnengewässer zu nennen.
Geschützte und bestandsgefährdete Pflanzenarten sind im NSG außerhalb der "Marcolinischen Wiesen" nur spärlich anzutreffen. Zu berücksichtigen ist hierbei die relativ großflächige Standortmonotonie und die grundsätzliche Artenarmut der Sandflora der Altpleistozängebiete. Erwähnenswert sind besonders die Bestände von Besen-Heide und Haar-Ginster.

Die faunistischen Untersuchungen im NSG ergaben bemerkenswerte Insektenfunde. Es wurden u. a. 25 Heuschreckenarten, 84 Laufkäferarten sowie 36 Tagfalter- und Widderchen­arten nachgewiesen.
Besonders herausragend sind die Funde von Poecilius kugelanni, einer Laufkäferart, bei der aktuelle Nachweise für ganz Deutschland ausstanden, der Schwarzen Röhrenspinne und des Blattkäfers Sermylassa halensis.
88 Brutvogelarten wurden nachgewiesen. Besondere Bedeutung haben dabei die Vorkommen von

• Ziegenmelker (Caprimulgus europaeus),
• Heidelerche (Lullula arborea),
• Sperbergrasmücke (Sylvia nisoria),
• Neuntöter (Lanius collurio) und
• Brachpieper (Anthus campestris)
  

als Arten nach Anhang I der Vogelschutzrichtlinie mit teils außergewöhnlich hohen Siedlungsdichten. Im NSG kommen weiterhin diverse bestandsgefährdete und nach Anhang II bzw. IV der FFH-Richtlinie geschützte Arten wie z.B.

• Mopsfledermaus (Barbastella barbastellus),
• Braunes Langohr (Plectocus auritus),
• Großer Abendsegler (Nyctalus noctula),
• Große Moosjungfer (Leucorrhinia pectoralis)
• Schlingnatter (Coronella austriaca),
• Kammmolch (Triturus cristatus) und
• Moorfrosch (Rana arvalis) vor.