物种多样性（species diversity）指地球上动物、植物、微生物等生物种类的多样性。

　　天津共记录陆生野生动物521种，包括鸟类452种，兽类43种、两栖类8种、爬行类18种。按照国家林业和草原局、农业农村部于2021年2月印发的《国家重点保护野生动物名录》，天津共有国家一级重点保护动物东方白鹳、遗鸥、青头潜鸭、豹等30种，国家二级重点保护动物白琵鹭、黄喉貂、斑羚等82种。

东方白鹳（国家一级，摄于北大港湿地）

青头潜鸭（国家一级，摄于西西海湿地）

遗鸥（国家一级，摄于滨海新区沿海滩涂）

　　天津八仙山国家级自然保护区昆虫多样性丰富，已记载昆虫12目157科1237种，被誉为“中国北方昆虫王国”。

牧女珍眼蝶（摄于八仙山）

丝带凤蝶（摄于八仙山）

　　天津共有维管植物约1049种，以菊科、禾木科、豆科和蔷薇科种类最多，其次是百合科、莎草科、伞形科、毛莨科、十字花科及石竹科等。按照国家林业和草原局、农业农村部于2021年9月印发的《国家重点保护野生植物名录》，天津共有国家二级重点保护野生植物5种，包括紫椴、黄檗、软枣猕猴桃、野大豆和非常稀少的手参。

　　2022年，市生态环境局对八仙山国家级自然保护区、盘山自然风景名胜古迹保护区和青龙湾固沙林自然保护区3处森林类型自然保护区开展生物多样性调查观测。其中八仙山国家级自然保护区共记录草本植物156种、木本植物84种、鸟类65种；盘山自然风景名胜古迹保护区共记录草本植物106种、木本植物55种、鸟类57种；青龙湾固沙林自然保护区共记录草本植物88种、木本植物31种、鸟类72种。3处森林类型自然保护区共记录野大豆、黄檗、紫椴等国家重点保护野生植物；红角鸮、红脚隼、红隼等国家重点保护鸟类。

野大豆（国家二级，摄于七里海湿地）

黄檗（国家二级，摄于北部山区）

紫椴（国家二级，摄于北部山区）

　　天津滨海国家海洋公园保存全国唯一现代纯天然泥质活体牡蛎礁，在牡蛎礁附近海域生活着牡蛎、青蛤、扁玉螺、栉孔扇贝、毛蚶等多种海洋贝类，是渤海非常宝贵的贝类种质资源库。海洋生物群落结构较为稳定，现有鱼类24种，分隶8目，是对虾、小黄鱼、鱿鱼等主要经济鱼虾产卵、索饵、育肥、生长的重要场所。